UNIX系统复习-2

这是我复习《UNIX系统》这门课程时记录的一些笔记 ，希望能对你有所帮助😊

i 节点

理解 i 节点能帮助你更深入掌握 Linux 文件系统的工作原理！

在 Linux/Unix 文件系统中，i 节点（inode） 是文件系统的核心数据结构，它存储了文件的元数据（metadata），但==不包含文件名或文件内容本身==

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1. i 节点的基本概念

（1）文件的组成

每个文件在文件系统中由 3 部分组成：

1. 文件名（File Name）：用户可见的名称（如 file1）。
2. i 节点（inode）：存储文件的元数据（权限、所有者、时间戳、数据块位置等）。
3. 文件内容（Data Blocks）：实际存储文件数据的磁盘块。

（2）查看文件的 i 节点

使用 ls -il 可以查看文件的 i 节点编号：

$ ls -il
1234567 -rw-r--r-- 1 user group 1024 Jan 1 10:00 file1

• 1234567 是 file1 的 i 节点编号。
• 其他信息（权限、所有者、大小、时间等）均存储在 i 节点中。

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2. i 节点中存储的信息

每个 i 节点包含以下关键信息（通过 stat 命令可查看）：

$ stat file1
  File: file1
  Size: 1024        Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 801h/2049d  Inode: 1234567     Links: 1
Access: 2024-01-01 10:00:00.000000000 +0800
Modify: 2024-01-01 10:00:00.000000000 +0800
Change: 2024-01-01 10:00:00.000000000 +0800
 Birth: -

字段	说明
Inode 编号	文件的唯一标识（如 1234567）。
文件类型	普通文件、目录、符号链接等。
权限（Mode）	如 -rw-r--r--（对应数字 644）。
所有者（UID）	文件属主的用户 ID。
所属组（GID）	文件属组的组 ID。
硬链接数（Links）	指向该 i 节点的文件名数量（见下文）。
文件大小	字节数（如 1024）。
时间戳	访问时间（atime）、修改时间（mtime）、状态变更时间（ctime）。
数据块位置	文件内容存储在磁盘的哪些块中。

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3. 硬链接（Hard Link）与 i 节点的关系

（1）创建硬链接

$ ln file1 file2  # 为 file1 的 i 节点增加一个新文件名 file2

• 本质：file1 和 file2 指向同一个 i 节点（如 1234567）。
• 效果：
  • i 节点的 硬链接计数（Links） 从 1 变为 2。
  • 修改 file1 或 file2 会同步更改文件内容（因为指向同一数据块）！！！

（2）删除硬链接

$ rm file2  # 删除文件名 file2

• 本质：仅删除 file2 这个文件名，i 节点（1234567）和数据块仍存在。
• 效果：
  • i 节点的硬链接计数从 2 变回 1（file1 仍指向它）。

$ rm file1  # 删除最后一个文件名 file1

• 本质：i 节点的硬链接计数降为 0，系统自动回收该 i 节点及其数据块。

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4. i 节点 vs 文件名

行为	对 i 节点的影响
创建文件	分配一个空闲 i 节点，初始化元数据，硬链接计数设为 1。
创建硬链接	i 节点的硬链接计数 +1（多个文件名共享同一 i 节点）。
删除文件	i 节点的硬链接计数 -1；若计数为 0，则释放 i 节点和数据块。
修改文件内容	更新 i 节点中的 mtime 和 ctime，但 i 节点编号不变。
重命名文件	仅修改文件名记录，不影响 i 节点。

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5. 关键结论

1. i 节点是文件的唯一标识
   • 文件名只是 i 节点的“别名”，同一个文件可以有多个文件名（硬链接）
2. 删除文件的实际过程
   • rm 只是减少 i 节点的硬链接计数，计数为 0 时才会真正删除文件。
3. 硬链接的限制
   • 不能跨文件系统（因为 i 节点编号仅在同一个文件系统内唯一）。
   • 不能对目录创建硬链接（防止循环引用导致文件系统混乱）。

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6. 扩展命令

命令	作用
ls -i	显示文件的 i 节点编号。
df -i	查看文件系统的 i 节点使用情况。
find / -inum 1234	通过 i 节点编号查找文件。

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总结

• i 节点是文件的“身份证”，存储元数据但不含文件名或内容。
• 硬链接是多个文件名共享同一 i 节点，软链接（符号链接）则是==独立的文件（有自己的 i 节点）,存储目标文件的路径（字符串）==
• 文件删除的本质是 减少 i 节点的硬链接计数，计数归零后系统才会回收资源。

文件编辑与流处理

ed编辑器

ed 是 Unix 历史上的里程碑式行编辑器，由 Ken Thompson 在 1970 年开发，其设计哲学深刻影响了后续工具（如 sed、vim）。以下是结合您提供的资料的系统性总结：

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一、ed 的核心优势

1. 极简主义

   • 仅需 几 KB 内存 即可运行，适合救援模式或嵌入式系统。
   • 无图形界面，所有操作通过命令驱动，可通过管道脚本化编辑。

2. 正则表达式先驱

   • 其正则语法（如 s/old/new/）被 sed、grep、perl 等工具继承，成为业界标准。

3. 高效处理

   • 直接按行操作，避免全文件加载，处理大文件时速度显著优于现代编辑器。

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二、核心命令详解（按功能分类）

1. 导航与显示

命令	作用	示例
n	跳转到第 n 行	5 → 跳转到第 5 行
.+3	相对行号（当前行+3）	.,.+5p → 显示后续 5 行
$	最后一行	$p → 显示末行
,p	显示全部内容	1,$p 等效

2. 编辑操作

命令	作用	结束符
a	当前行后追加	独占一行的 .
i	当前行前插入	同上
m,nd	删除 m 到 n 行	无
u	撤销最后一次编辑	仅支持一级撤销

3. 搜索与替换

命令	关键细节	示例
/pattern/	向后搜索，循环至文件尾	/main/ → 跳转到下一个 “main”
?pattern?	向前搜索，循环至文件头	?int? → 向上找 “int”
s/old/new/[g]	g 表示全局替换	s/cat/dog/g → 替换所有 “cat”
& 占位符	引用匹配的文本	s/big/very &/ → “big” → “very big”

4. 文件操作

命令	说明
w [file]	保存（可另存为）
q	安全退出（未保存时提示）
Q	强制退出（不保存）
!cmd	临时执行 shell 命令（如 !ls）

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三、经典使用场景

1. 脚本化编辑

# 通过管道批量替换文件内容
echo -e "1,\$s/foo/bar/g\nwq" | ed file.txt

2. 精准行操作

# 删除包含 "debug" 的行及其后 2 行
echo -e "/debug/,+2d\nwq" | ed log.txt

3. 正则表达式测试

# 测试正则匹配范围（显示首次 "error" 到文件末尾）
echo -e "/error/,\$p\nq" | ed app.log

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四、与现代工具对比

特性	ed	sed/vim
交互性	极低（纯命令）	中/高
学习曲线	陡峭	中等
适用场景	脚本化、救援模式	日常编辑
正则支持	基础	扩展（如 \d）

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五、操作流程图解

启动 ed → [命令模式] 
  ├─ 导航 (n, $, .) 
  ├─ 编辑 (a/i, d, s) 
  ├─ 搜索 (/pattern/, ?pattern?) 
  └─ 保存退出 (wq)

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六、为什么今天仍值得了解？

1. 理解 Unix 哲学：ed 是“工具链组合”思想的典范（与 grep、awk 协同）。
2. 应急修复：当系统仅剩 /bin/ed 可用时，它是最后的编辑手段。
3. 历史教育：通过 ed 可直观看到现代编辑器的演进路径。

若需快速上手实用编辑，推荐 nano 或 vim；但掌握 ed 如同学习汇编语言，能加深对计算本质的理解。

正则表达式

ed 正则表达式核心知识点

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1. 元字符与转义

语法	作用	示例
普通字符	匹配自身（如 a、1）	cat → 匹配 “cat”
\c	取消字符 c 的特殊意义	\* → 匹配字面 *
^	行首（仅模式起始处有效）	^hello → 行首的 “hello”
$	行尾（仅模式结束处有效）	end$ → 行尾的 “end”
.	匹配任意单个字符	a.c → “abc”, “a c”

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2. 字符类

语法	作用	示例
[...]	匹配括号内任一字符	[aeiou] → 任意元音
[^...]	匹配不在括号内的字符	[^0-9] → 非数字
[a-z]	字符范围（支持连字符 -）	[A-Z] → 大写字母

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3. 重复与分组

语法	作用	示例
r*	0 次或多次匹配 r	a* → “”, “a”, “aa”
.*	匹配任意长度字符串	^a.*z$ → “a开头到z结尾的整行”
&	替换时引用匹配的文本	s/cat/&s/ → “cat”→”cats”

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4. 常用模式示例

模式	匹配目标
^$	空行（开头即结尾）
^#	以 # 开头的行（如注释）
\.$	以点号结尾的行
/[tT]est/	“test” 或 “Test”
[0-9][0-9]*	至少一个数字
^[^a-zA-Z]	不以字母开头的行
/thing.$/	以thing加任意符号结尾的行

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5. 全局命令 (g/v)

• 命令格式：m,ng/re/cmd，含义是从m行到n行中对于匹配re模式的行执行命令cmd. 如果作用范围是全文件(1,$)，m、n可以省略

命令格式	作用	示例
g/re/p	打印匹配 re 的行	g/error/p → 显示含 “error” 的行
g/re/d	删除匹配 re 的行	g/^$/d → 删除所有空行
g/re/s/old/new/	对匹配 re 的行替换 old→new	g/foo/s/bar/baz/ → 仅替换含 “foo” 的行中的 “bar”
v/re/p	取反操作（不匹配 re 的行）	v/^$/p → 打印非空行

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6. 移动与复制

命令格式	作用	示例
m,nmd	将 m 到 n 行移动到 d 行后	2,4m5 → 2-4 行移到第 5 行后
m,ntd	将 m 到 n 行复制到 d 行后	1,3t$ → 复制 1-3 行到文件末尾
g/^/m0	反转文件行序（每行移到第 0 行后）	结果：最后一行变第一行

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关键注意事项

1. 贪婪匹配：r* 是贪婪的（尽可能多匹配）。
2. 转义特殊字符：如 \. 匹配字面点号，\\ 匹配反斜杠。
3. 全局命令范围：省略 m,n 时默认全文件（1,$）。
4. **替换中的 &**：仅在 s/// 右侧有效，代表匹配的全文。

ed 的正则为现代工具（如 sed/grep）奠定了基础，虽功能有限，但足够处理基础文本操作。

sed流编辑器

以下是结合参考文献对sed知识点的系统总结，关键部分标注引用来源：

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sed核心特性

1. 流编辑器本质

   • 直接从ed发展而来，专为处理输入流设计（文件或管道数据）
   • 单次扫描输入流，高效但无法回溯已处理行（局限性）
   • 默认输出到stdout且不修改原文件（需重定向保存结果）

2. 基础语法结构

   sed [选项] '编辑命令1;编辑命令2' 输入文件

   • 经典示例：sed 's/UNIX/Linux/g' file 全局替换文本
   • 支持多命令组合：sed 's/foo/bar/; 10q' file（替换+显示前10行）

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常用操作场景

功能	命令示例	说明
文本替换	sed 's/old/new/g' file	全局替换（加g标志）
行范围操作	sed '10q' file	显示前10行（q退出命令）
模式过滤	sed -n '/pattern/p' file	仅显示匹配行（-n关闭默认输出，等效grep）
目录列表过滤	`ls -l	sed -n ‘/^d/p’`
多模式范围输出	sed -n '/start/,/end/p' file	打印两个模式间的所有行（如/David/,/Emily/p）

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关键选项与限制

• 选项

  • -n：抑制默认输出，需显式用p命令打印
  • -e：指定多个编辑命令（如sed -e 's/a/b/' -e 's/c/d/'）

• 局限性

  • 无法行运算：如$-1d非法，因sed是单向流处理器
  • 无交互模式：所有操作需通过命令预设

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与管道的协同

• 动态处理流数据：

  who | sed 's/ .*//'  # 提取用户名（删除首个空格后的所有内容）

• 组合其他命令：

  grep "error" log.txt | sed 's/ERROR/CRITICAL/g'  # 二次过滤替换

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扩展应用

• 批量编辑文件：

  sed -i.bak 's/old/new/g' *.txt  # 直接修改文件并备份（`-i`选项）

• 条件删除：

  sed '/pattern/d' file  # 删除匹配行（如空行`/^$/d`）

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设计哲学

• UNIX工具链思维：专注单一功能（文本转换），通过管道与其他工具（如grep、awk）协作[][6]
• 高效性：单次流处理比交互式编辑器更适合自动化任务[][6]

通过掌握这些核心模式，可高效完成90%的文本处理需求。进阶学习可参考GNU sed手册[6]中的正则表达式和保持空间（hold space）技巧。

grep过滤器

grep 是 Linux/Unix 中最强大的文本过滤工具之一，常与管道符 | 和其他命令（如 ls、sed、sort）结合使用

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1. grep 基础语法

grep [选项] '搜索模式' 文件名

• 核心功能：从文件或输入流中筛选包含指定模式的行。
• 常用选项：
  • -i：忽略大小写（如 grep -i "error" log.txt）。
  • -v：反向匹配（显示不包含模式的行）。
  • -n：显示匹配行的行号。
  • -c：统计匹配行的数量。
  • -r：递归搜索目录（如 grep -r "main" /src）。

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示例 1：搜索文件内容

grep '^void' sig.c

• 作用：在 sig.c 文件中查找以 void 开头的行。

示例 2：过滤目录

ls -l | grep '^d'

• 作用：列出当前目录下的子目录（不包括文件）。
• 原理：
  • ls -l 的输出中，目录行以 d 开头（如 drwxr-xr-x）。
  • ^d 匹配行首的 d 字符。

示例 3：提取目录名

ls -l | grep '^d' | sed 's/.* //'

• 作用：仅输出子目录名（去掉权限、时间等冗余信息）。
• 分步解析：
  1. ls -l | grep '^d'：筛选目录行。
  2. sed 's/.* //'：删除行中最后一个空格前的所有内容（保留目录名）。

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3. grep 家族对比

命令	全称	特点
grep	Global Regular Expression Print	基础版，支持基本正则表达式（BRE）。
egrep	Extended GREP	支持扩展正则表达式（ERE），如 +、?、`
fgrep	Fixed-string GREP	仅匹配固定字符串（不支持正则），但处理大文件时速度最快[2]。

典型场景

1. egrep 的扩展功能：

   egrep 'error|warn' log.txt  # 同时匹配 "error" 或 "warn"

2. fgrep 的高效性：

   fgrep -c "404" access.log  # 快速统计 404 错误出现的次数

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4. 结合其他过滤器

4.1 sort（排序）

ls | sort          # 按字母排序文件名
grep "error" log.txt | sort -u  # 去重后排序

4.2 head / tail（首尾行）

grep "Exception" server.log | tail -5  # 显示最后5个异常
grep "login" auth.log | head -3       # 显示前3次登录记录

4.3 组合实战

# 统计日志中每个错误类型的出现次数（排序后取前5）
grep -o "ERROR: .*" app.log | sort | uniq -c | sort -nr | head -5

• 步骤分解：
  1. grep -o：提取所有 ERROR: xxx 内容。
  2. sort：排序以便 uniq 统计。
  3. uniq -c：计数。
  4. sort -nr：按计数降序。
  5. head -5：显示前5条。

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总结

• grep：文本过滤的瑞士军刀，核心是模式匹配。
• 管道组合：与 sed、sort、head/tail 联动可解决复杂问题。
• 选择工具：
  • 简单搜索 → grep 或 fgrep。
  • 复杂正则 → egrep。
  • 需排序/统计 → 结合 sort | uniq -c。

1. egrep 相当于 grep -E，支持 |（或）、+（1次或多次）等扩展语法。 ↩
2. fgrep 相当于 grep -F，适合精确匹配固定字符串（如日志中的错误码）。 ↩