操作系统OS：Lab0-初识操作系统

零、实验目的

认识操作系统实验环境。
掌握操作系统实验所需的基本工具。

在本实验中，需要了解实验环境，熟悉 Linux 操作系统（Ubuntu），了解控制终端，掌握一些常用工具并能脱离可视化界面进行工作。本实验难度不大，重点是熟悉操作系统实验环境的各类工具，为后续实验的开展奠定基础。

一、思考题

Thinking 0.1 - Git 的使用 1

思考下列有关 Git 的问题：
• 在前述已初始化的 ~/learnGit 目录下，创建一个名为 README.txt 的文件。执行命令 git status > Untracked.txt（其中的 > 为输出重定向，我们将在 0.6.3 中详细介绍）。

前述操作：在主目录 ~ 下，使用 mkdir learnGit 命令创建一个名为 learnGit 的目录（touch 是创建新文件）；执行 cd learnGit 进入该目录；输入 git init 初始化 Git 仓库；使用命令 ls -a 可以看到该目录下有一个名为 .git 的隐藏目录，这个目录就是 Git 版本库，称为仓库（repository）。现在 learnGit 目录就是 Git 里的工作区。
创建 README 文件：在 learnGit 目录下，执行命令 touch README.txt。
查看未跟踪文件状态：执行命令 git status > Untracked.txt ，现在该目录下增加了 Untracked.txt 文件。

• 在 README.txt 文件中添加任意文件内容，然后使用 add 命令，再执行命令 git status > Stage.txt。

修改 README 文件：使用命令 vim README.txt 进入 vim 界面，按 i 键进入插入模式，添加字符串 hello world! ，按 Esc 键退出插入模式，按 Shift + : ，再输入 wq 后保存并退出。
跟踪文件：执行命令 git add README.txt ，现在该文件从未跟踪（Untracked）变成了已暂存（Staged）。
查看已暂存文件状态：执行命令 git status > Stage.txt ，现在该目录下增加了 Stage.txt 文件。

• 提交 README.txt，并在提交说明里写入自己的学号。

提交文件：执行命令 git commit -m "23373179" README.txt ，提交该文件，提交说明为学号。

• 执行命令 cat Untracked.txt 和 cat Stage.txt，对比两次运行的结果，体会 README.txt 两次所处位置的不同。

可以看到，执行 add 命令后，README.txt 文件从未跟踪（Untracked）变成了已暂存（Staged）。此时 README.txt 处于一种等待被提交的状态。

• 修改 README.txt 文件，再执行命令 git status > Modified.txt。

修改文件：使用同样的方法，我在文件第二行加入了字符串 hello os! 。
查看已修改文件状态：执行命令 git status ? Modified.txt ，现在该目录下增加了 Modified.txt 文件。

• 执行命令 cat Modified.txt，观察其结果和第一次执行 add 命令之前的 status 是否一样，并思考原因。

不一样。在第一次 add 之前，README.txt 是未跟踪的；在 add 后，即使 README.txt 已被更改，但依然是被跟踪的，处于已修改（Modified）状态，但未被加入暂存区，需要重新 add 和 commit 。

Thinking 0.2 - 箭头与命令

仔细看看 0.10，思考一下箭头中的 add the file、stage the file 和 commit 分别对应的是 Git 里的哪些命令呢？

add the file: git add <file>
stage the file: git add <file>
commit: git commit <file>

Thinking 0.3 - Git 的一些场景

思考下列问题：

代码文件 print.c 被错误删除时，应当使用什么命令将其恢复？

git checkout -- print.c ：该命令可以将暂存区的文件恢复到工作区中。

代码文件 print.c 被错误删除后，执行了 git rm print.c 命令，此时应当使用什么命令将其恢复？

git reset HEAD print.c ：该命令撤销了暂存区的更改（即 git rm 操作），但文件不在工作区中。

无关文件 hello.txt 已经被添加到暂存区时，如何在不删除此文件的前提下将其移出暂存区？

git reset HEAD hello.txt ：同上，撤销了暂存区的更改。

Thinking 0.4 - Git 的使用 2

思考下列有关Git的问题：
• 找到在 /home/22xxxxxx/learnGit 下刚刚创建的 README.txt 文件，若不存在则新建该文件。
• 在文件里加入 Testing 1，git add，git commit，提交说明记为 1。
• 模仿上述做法，把 1 分别改为 2 和 3，再提交两次。

（略）。

• 使用 git log 命令查看提交日志，看是否已经有三次提交，记下提交说明为 3 的哈希值 a。

提交说明为 3 的哈希值为：e1e1df7629b9add1297209975f46c94e11580096

• 进行版本回退。执行命令 git reset --hard HEAD^ 后，再执行 git log，观察其变化。

发现已不存在提交说明为 3 的提交。（HEAD^ 表示上个版本，HEAD^^ 是上上个版本，HEAD~50 是前 50 个版本）

• 找到提交说明为 1 的哈希值，执行命令 git reset --hard <hash> 后，再执行 git log，观察其变化。

提交说明为 1 的哈希值为：ba583f536ac0fa9ccb3f0e4b2c98a9466cf77e27
执行命令 git reset --hard ba583f536ac0fa9ccb3f0e4b2c98a9466cf77e27

发现现在仅存在提交说明为 1 （及之前）的提交。

• 现在已经回到了旧版本，为了再次回到新版本，执行 git reset --hard <hash> ，再执行 git log，观察其变化。

使用提交说明为 3 的哈希值，发现提交 2 与 3 都再次出现。

Thinking 0.5 - `echo` 的使用

执行如下命令, 并查看结果
• echo first

终端直接显示出 first。

• echo second > output.txt

当前目录下出现新的文件 output.txt ，其内容为 second 。

• echo third > output.txt

output.txt 中的内容直接被替换成 third 。

• echo forth >> output.txt

output.txt 中的内容增加了一行 forth ，之前的 third 被保留。

Thinking 0.6 - 文件的操作

使用你知道的方法（包括重定向）创建下图内容的文件（文件命名为 test），将创建该文件的命令序列保存在 command 文件中，并将 test 文件作为批处理文件运行，将运行结果输出至 result 文件中。给出 command 文件和 result 文件的内容，并对最后的结果进行解释说明（可以从 test 文件的内容入手）. 具体实现的过程中思考下列问题: echo echo Shell Start 与 echo <撇>echo Shell Start<撇> 效果是否有区别; echo echo $c>file1 与 echo <撇>echo $c>file1<撇> 效果是否有区别.

command 内容：

执行命令 chmod +x test 以及 ./test > result
result 内容：

解释：
a=1 命令对 a 赋值；c=$[$a+$b] 命令将 a 和 b 的值相加赋给 c ；echo c = $c 命令输出 c 的值；echo $c>file1 将 c 的值重定向输入给 file1 ；cat 则是将文件内容输入给其他文件；result 文件最后出现的三行是将 file4 拼接到 result 末尾的结果。
加撇号：会先执行符号内部的指令。

二、难点分析

命令行界面（CLI）

在之前的学习中，用的更多的是图形用户界面（GUI），接触过少部分 CLI 如 cmd、Power Shell 等等。CLI 最大的特点是不直观，但足够简洁、直击本质，需要一些时间适应和熟练。

Linux 基本操作命令

命令	选项
`ls [选项] [文件]`	`-a` ：不隐藏以 `.` 开始的项目 `-l` ：列出详细信息，每行只列一个文件
`touch [文件名]`	创建文件
`mkdir 目录`	创建目录
`cd 目录`	进入目录。返回上一级目录 `cd ..`
`rmdir 目录`	删除空目录
`rm [选项] 文件`	`-r` ：递归删除目录及其内容，删除非空目录 `-f` ：强制删除 `-i` ：删除前询问
`cp [选项] 源文件目录`	`-r` ：递归复制目录及其子目录的所有内容
`mv 源文件目录`	移动文件
`echo`	回显
`man`	查看帮助

快捷键	说明
Ctrl+C	终止当前程序的执行
Ctrl+Z	挂起当前程序
Ctrl+D	终止输入
Ctrl+L	清屏

Vim

文本编辑器，具体用法在思考题中已经提到。在 CLI 中非常好用。

GCC

即 GNU 编译器套件，包含了 C 语言编译器 gcc。

将多个文件进行编译链接：gcc a.c b.c -o test
将每个文件单独编译，再进行链接：gcc -c a.c && gcc -c b.c && gcc a.o b.o -o test
执行可执行文件：./test

命令	选项
`gcc [选项] [C 源文件]`	`-o` ：自动生成的输出文件 `-S` ：将 C 代码转换为汇编代码 `-Wall` ：显示警告信息 `-c` ：仅执行编译操作，不进行链接操作 `-M` ：列出依赖 `-I<path>` ：编译时指定头文件目录

Makefile

格式：

target: dependencies
	command 1
	command 2
	...
	command n

例子：

all: hello_world.c
	gcc -o hello_world hello_world.c
clean:
	rm -f helloworld

直接执行命令 make 或 make all 将 hello_world.c 编译成可执行文件；执行命令 make clean 删除 helloworld 可执行文件。

Git

思考题中已经涉及，不再赘述。

Linux 操作补充

命令	说明
`find -name 文件名`	递归地查找符合参数所示文件名的文件，输出文件路径
`grep [选项] PATTERN [FILE]`	用正则表达式搜索文件所含文本，输出目标行 `-a` ：不忽略二进制数据进行搜索 `-i` ：忽略文件大小写差异 `-r` ：从目录递归查找 `-n` ：显示行号
`tree [选项] [目录名]`	生成文件树 `-a` ：列出全部文件 `-d` ：只列出目录
`chmod 权限设定字符串文件`	`+x` ：可执行
`diff [选项] file1 file2`	比较文件的差异 `-b` ：不检查空白字符 `-B` ：不检查空行 `-q` ：仅显示有无差异，不显示详细信息
`sed [选项] 命令输入文本`	将数据行进行替换、删除、新增、选取选项： `-n` ：安静模式，只显示经过处理的内容 `-i` ：直接修改读取档案内容，不输出到屏幕命令： `[行号] a\ [内容]` ：新增，行号后新增一行内容 `[行号] c\ [内容]` ：取代 `[行号] i\ [内容]` ：插入，上一行插入 `[行号] d` ：删除 `[行号] p` ：输出 `s/re/string` ：将 `re` 正则表达式匹配的内容替换为 `string` 例子： `Shell<br># 输出第三行<br>sed -n '3p' my.txt<br># 删除第二行<br>sed '2d' my.txt<br># 删除第二行到最后一行（$ 表示末尾）<br>sed '2,$d' my.txt<br># 在整行范围内把 str1 替换为 str2<br># 如果没有 g 标记，则只有每行第一个匹配的被替换<br>sed 's/str1/str2/g' my.txt<br># -e 选项允许同一行里执行多条命令<br># 第四行后添加一个 str，再替换成 aaa<br>sed -e '4a\str' -e 's/str/aaa' my.txt<br>`
`awk`	`awk '$1>2 {print $1,$3}' my.txt` ：输出文件中所有第一项大于 2 的行的第一项和第三项 `awk -F, '{print $2}' my.txt` ：用 `,` 分割

tmux

终端复用软件。

shell 脚本

创建 my.sh 文件，内容例如：

1
2
3

#!/bin/bash
# say something...
echo "Hello World!"

运行脚本：bash my.sh 或 chmod +x my.sh 后 ./my.sh
脚本传参：

1 2	#!/bin/bash echo $1

执行命令 ./my2.sh msg 。$n 表示第几个参数。$# 传递参数的个数，$* 一个字符串显示传递的全部参数，$? 获取前一个命令的返回值。
函数传参：

# 定义函数，function 与 () 可省其一
function < 函数名 > () {
	<commands>
}
# 调用函数
< 函数名 > <args>...

流程控制语句：
if 语句

# 格式 1
if <condition>
then
	<command1>
	<command2>
	# ...
fi
# 格式 2
if condition; then command1; command2; ... fi
# 例如
a=1
if [ $a -ne 1 ]; then echo ok; fi

<condition> 也是命令，返回值为 0 时成功执行，条件成立。

关系运算符	说明
`-eq`	==
`-ne`	!=
`-gt`	>
`-lt`	<
`-ge`	>=
`-le`	<=

while 语句

# 格式
while <condition>
do
	<commands>
done
# 例子
a=1
while [ $a -ne 10 ]
do
	mkdir file$a
	a=$[$a+1]
done

重定向和管道

标准输入：stdin，0
标准输出：stdout，1
标准错误：stderr，2
重定向输出：> ，重定向输入：< ，重定向输出追加：>>
管道：| 前者输出发给后者

三、实验体会

Lab0 的指导书所列出的知识点是庞杂的，OS 的学习不能只停留于理论，而要动手实操，这样不仅能加深对理论的记忆，也能训练动手设计能力。本实验学习的内容是非常有用的，其中 Linux、Git、Makefile、GCC 等知识应该熟记于心。
Lab0 影响较为深刻的部分：Exercise 0.4 中，可能需要嵌套调用 Makefile 命令，但我使用列出具体地址的方法只用到了外层 Makefile。同时，gcc 命令寻找头文件的方法靠网络搜索得出，即添加选项 -I 。

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