技术分享02 命令行操作

对于可执行文件 hello ，我们可以直接修改文件来改变它的输出

比如我们可以把 "Hello World" 修改成任意的字符

原理:

• 一切皆文件，所以一切可编辑
• 我们可以在 Vim 中用 ! 调用一个外部程序 ~xxd~，将人类看不懂的可执行文件转变成能看懂一些的十六进制文件
• (即在 Vim 中按下 :%!xxd)
• 如果我们向下导航，会发现: 我们输出的 "Hello World" 字符串也是可以在文件中被找到的
• 做出合理假设，当我们编辑可执行文件中 "Hello World" 对应的十六进制数，它的输出也会发生变化
• (编辑完按下 :%!xxd -r 再保存)

但是——

• 如果两个程序的输出肉眼看上去完全一样，这两个程序就一样吗?

事情可能没有我们想象中的那么简单 :)

还记得我们上面提到的内容吗？

1. 文本文件的比较: vimdiff file1 file2
2. 非文本文件的比较: diff file1 file2
3. 很大的文件: md5sum file1 file2

执行 diff hello1 hello ，发现这两个文件并不一样，但是程序是怎么知道这件事的？

介绍一个新的工具 objdump , 通过它我们查看可执行文件的汇编代码

objdump -S hello > hello.txt
objdump -S hello1 > hello1.txt
vimdiff hello.txt hello1.txt

于是，我们终于可以很直观地看到这两个程序内在的区别了

注: 为什么有必要了解一些 Emacs 键位

不为别的，因为一些发行版自带的终端不支持 Vim 键位而支持 Emacs 快捷键

• Ctrl+a 跳转句首
• Ctrl+e 跳转行末
• Alt+f 与 Alt+b 在单词间跳转

一切为了效率

由于 POSIX / Python & Perl / grep & egrep 使用的规范不一样，故这里先略过

那么问题来了:

东西好多，我记不住/学不会怎么办?

- RTFM!

微软有一份非常详细的入门指南

• https://learn.microsoft.com/en-us/training/modules/introduction-to-powershell/
• https://learn.microsoft.com/en-us/powershell/scripting/samples/sample-scripts-for-administration?view=powershell-7.4

*注: 有关 Bash 语法，可参见 man bash *

• 为常用命令设置别名

alias ls='ls --color=auto'

把这一行加入 .bashrc ，再执行 source ~/.bashrc ，你的 ls 命令就有彩色输出了!

• 修改/创建你自己的命令

比如我觉得每次 cd 完还需要再 ls 一次也太麻烦了，为什么不能把这两个操作合并在一起呢?

cd() {
    builtin cd "$@"
    ls --color --group-directories-first -Xh
}

• 把常用命令放在一起执行

这是我之前控制电脑功耗的小脚本，它基本上就是打包了一大堆命令

#!/bin/bash

if [ "$1" == "1" ]; then
    echo "启用所有电源优化设置"
    sudo systemctl start cpupower && 
    sudo rfkill block bluetooth &&
    sudo cpupower frequency-set -g powersave && 
    sudo powertop --auto-tune &&
    sudo systemctl start laptop-mode
elif [ "$1" == "0" ]; then
    echo "恢复到默认状态"
    sudo cpupower frequency-set -g performance
    sudo systemctl stop laptop-mode
else
    echo "使用: $0 [enable|disable]"
fi

• Shebang Hacks

//usr/bin/cc -o ${o=`mktemp`} "$0" && exec -a "$0" "$o" "$@"

#include<stdio.h>
int main(){
    printf("hello world\n");
    return 0;
}

有什么用?

• 现在你的文件即是一个合法的 C 语言文件，也是一个合法的 Bash 脚本文件

也就是说:

• 你可以像执行脚本一样之间执行 C 源码了 (而且你会得到和编译一样的结果)

  $ chmod +x foo.c
  $ ./foo.c
  hello world
  $ gcc foo.c -o foo
  $ ./foo
  hello world
  

科技并带着趣味

strace ls
strace ls -l

在阅读 strace 结果的时候我们发现了一些奇怪的东西

getdents64(3, 0x6540a956a700 /* .. entries */, 32768) = 168

write(1, "a.c  a.h  a.txt ..., 62a.c  a.h  a.txt  b.c  b.h  b.txt  c.c  c.txt  d.txt  e.h  m.h) = 62

write() 和 getdents64() 在干什么?

让我们 RTFM: man 2 write, man getdents64

手册告诉我们， getdents64 帮助我们 "get directory entries"

同时，在 write 的手册页中，我们找到了一个叫 fd 的东西:

• 0号文件 - 标准输入 (默认为当前终端)
• 1号文件 - 标准输出 (默认为当前终端)
• 2号文件 - 标准错误 (默认为当前终端)

所以, write() 在这里把 getdents64 的结果打印到了终端上

这时候, ls 在我们的眼里就不再神秘了

更棒的是，在查看了系统调用后，我们甚至可以通过调用 getdents64() 等函数来实现我们自己的 ls

注: 这个 ls.c 原理上并不是 coreutils 的复刻，有关这个文件的背景，请看这篇博客文章

strace -f bash -c "ls"

通过阅读它的输出，我们发现了这些内容:

newfstatat(AT_FDCWD, "/usr/local/bin/ls"...
newfstatat(AT_FDCWD, "/usr/bin/ls" ...
newfstatat(AT_FDCWD, "/usr/bin/ls" ...

所以我们可以推测，bash 在这些目录中寻找 ls 这个可执行文件，并执行它

新的问题又出现了，是不是所有的命令行工具都是这么被找到的呢？

$ whereis ls
ls: /usr/bin/ls /usr/share/man/man1/ls.1.gz

$ whereis cd
cd:

诶？为什么 cd 命令找不到呢？

因为 cd 调用 chdir() 函数来改变工作目录，而这个函数只能影响当前程序的目录

所以 cd 其实是由 shell 来实现的

(很合理，因为改变 shell 的事情必须 shell 自己来干, 但正常情况下就是想不到)

印证了之前的话: 计算机从不说谎，但会骗你