Arbeit mit der Kommandozeile

Lernziele

• Studierende wissen den Unterschied zw. Unix, Unix-like und Linux
• Studierende können mit einer Unix-like Shell interagieren
• Studierenden wissen wie Shell-Skripte erstellt und ausgeführt werden

Kommandozeile

Bedarf

• Interaktion mit Betriebssystemen bei Ressourcen-Limitierung
• Wiederholung der selben Interaktionen bei einer Vielzahl von Systemen
• Interaktion mit Systemen ohne grafische Oberfläche → z.B. Server, mobile Roboter, IoT-Geräte, etc.

Vorteile

• Ein- und Ausgaben von Text als einfachstes User-Interface zur Kommunikation mit dem Kernel eines Betriebssystems
• Unabhängigkeit von Layout → datensparsame Übertragung von Inhalten (z.B. SSH: Secure Shell)
• Automatisierbarkeit von Aufgaben durch Skripte

Linux, Unix & Unix-like Systeme

• Unix war eines der ersten Betriebssysteme (1970er) → hat viele weitere Betriebssystem inspiriert → Unix-like Systeme
• Linux ist ein Unix-like Betriebssystem → Quelloffen
• Unix wurde Ausgangslage für POSIX Standard der IEEE → soll gewisse Interoperabilität und Portabilität zwischen Systemen gewährleisten

Bild: Unix History

Linux, Unix & Unix-like Systeme

Verbreitung

• Unix-basierte (meist Linux) Betriebssystem in vielen technischen Bereichen meistverbreitet
  • Server/Web: ca. 75% - 80% sind Unix-Systeme
  • Embedded: ca. 35% - 40% sind Unix-Systeme → Rest meist ganz ohne Betriebssystem
  • etc.

POSIX Kompatibilität

• Shell (Kommandozeile) ist vielfach POSIX-kompatibel
• Die meisten Unix-Systeme sind POSIX-kompatibel
• Windows nur über z.B. Windows Subsystem for Linux (WSL)

• Sobald man mit einer Unix-Shell umgehen kann man mit praktischen allen Shell-Familien umgehen

Shell-Familien

Unix-Shells

• BASH: Bourne-again shell wird in fast allen Unix-like Systemen eingesetzt und kennt die selben Befehle
• Git Bash: Minimale Shell, die mit mit der Versionsverwaltung git auch auf Windows installiert wird
• WSL: Windows Subsystem for Linux → Linux-Shell auf Windows-Betriebssystemen

Windows-Eingabeaufforderung

• Auf Windows-Betriebsystemen
• Verarbeitung von DOS-Kommandozeilenbefehlen
• Windows PowerShell: Adaption auf Windows-Betriebsystemen, welche näher an der unix-Syntax liegt

Aufgabe

• Installieren Sie git
• Öffnen Sie Git Bash

Die Unix-Shell

• Alles, was auf $ folgt, ist das, was der Benutzer eingibt

<benutzername>@<hostname>:$ ls -l test

Befehle

• ls Befehl: ls für Dateien auflisten
• -l Option: z.B. für long - macht es ausführlich
• test Argument - z.B. auf welchen Ordner wollen wir den Befehl anwenden
• Konvention in der Darstellung bei den folgenden Ausdrücken:
  • <Text>: Wir benutzen <> für Platzhalter z.B. für einen beliebigen Text
• [Enter] sendet den Befehl an die Shell
• [Tab] schlägt Befehle und Dateinamen vor

Fehlersuche

Wichtige Befehle

• $ help <Befehl> Liste der allgemeinen Optionen
• $ <Befehl> --help Hilfe zu einem Befehl
• $ man <Befehl> Ausführliches Handbuch (nicht in git-bash)
• $ apropos <Thema> Sucht nach Thema (nicht in git-bash)

Navigation in Befehlen

• [Tab]: Vervollständigt den Befehl oder Dateinamen
• [Tab] + [Tab]: Zeigt mögliche Vervollständigungen an
• [Pfeil nach oben]: Zeigt den vorherigen Befehl an
• [Pfeil nach unten]: Zeigt den nächsten Befehl an

Fehlersuche

Häufige Ursachen für Probleme

• Drücken von Enter vor Beendigung des Befehls
• Kommando läuft länger als erwartet

Lösungen

• Befehl abbrechen: [Strg] + [C]
• Manchmal: [Strg] + [D] oder [q]

Dateiverwaltung

• In der Shell können, genau wie im Dateimanager, Dateien und Verzeichnisse erstellt, gelöscht, kopiert und verschoben werden

Auflisten von Dateien

• $ ls: Zeigt Dateien und Verzeichnisse im aktuellen Verzeichnis an
• Optionen -a, -l und -h für zusätzliche Informationen
  • $ ls -a - Zeigt auch versteckte Dateien an
  • $ ls -l - Zeigt detaillierte Informationen an
  • $ ls -h - Zeigt Dateigrößen in einer menschenlesbaren Form
• "Versteckte" Dateien/Verzeichnisse mit . am Anfang

$ ls -la
total 2928
drwxr-xr-x 1 jlhuber 1049089      0 Sep 20 13:51 ./
drwxr-xr-x 1 jlhuber 1049089      0 Feb 16  2024 ../
drwxr-xr-x 1 jlhuber 1049089      0 Jul  5 07:57 Work/
drwxr-xr-x 1 jlhuber 1049089      0 Feb  8  2023 Zoom/
-rw-r--r-- 1 jlhuber 1049089    402 Aug  8 08:00 .desktop.ini

Dateiverwaltung

• Grundlegende Manipulation direkt über Shell-Befehle möglich

Manipulation von Dateien

• $ touch <Dateiname>: Erzeugt eine Datei mit dem Namen "Dateiname"
  • Keine spezifischen Dateiendungen erforderlich → sollte aber angegeben werden
  • Wenn die angeführte Datei bereits existiert, dann werden Zugriffs- und Änderungs-Zeitstempel der Datei aktualisiert
• $ cat <Dateiname>: Gibt den Inhalt von "Dateiname" auf der Standardausgabe stdout aus
• $ rm <Dateiname>: Entfernt die Datei "Dateiname"
• $ cp <Pfad_alt> <Pfad_neu>: Kopiert die Datei
• $ mv <Pfad_alt> <Pfad_neu>: Verschiebt die Datei oder benennt sie um

Dateiverwaltung

• Sinnvollere Verarbeitung von Textdateien mit Texteditoren möglich → immer noch in der Konsole
• Alle Unix-like Systeme haben mindestens einen Texteditor

Nano Texteditor

• $ nano <Textdatei>
• → einer der benutzerfreundlichsten Texteditoren für die Kommandozeile → oft der Standardeditor
• Navigation wie gewohnt mit den Pfeiltasten
• Unterhalb des Textes befindet sich eine Liste von Optionen
  • [Strg] + [O] zum Speichern der Änderungen in einer Datei
  • [Strg] + [X] zum Beenden
  • [Alt] + [6] zum Kopieren
  • [Strg] + [U] zum Einfügen
• : Zahlen in Optionen nicht am Nummernblock eingeben

Dateiverwaltung

• Analog zu Dateien kann auch mit Verzeichnissen gearbeitet werden

Arbeiten mit Verzeichnissen

• $ pwd: Gibt das Arbeitsverzeichnis (aktuelles Verzeichnis) aus
  • bezeichnet alternativ das Home-Verzeichnis → jenes Standard-verzeichnis, in dem sich der Benutzer nach dem Login befindet
  • Beispiel: /home/bob
• $ mkdir <dirname>: erzeugt das Verzeichnis "dirname"
• $ rmdir <dirname>: entfernt das Verzeichnis "dirname"

Dateiverwaltung

Navigation zwischen Verzeichnissen

• $ cd <dirname>: Wechselt vom aktuellen Verzeichnis zu dirname
  • Muss ein relativer Pfad sein (zum lokalen Pfad)
  • oder absoluter Pfad (ausgehend von root)
• Besondere Verzeichnisse:
  • $ cd .. : Wechselt in das übergeordnete Verzeichnis
  • $ cd /: Wechselt in das Wurzelverzeichnis
  • $ cd ~: Wechselt in das Home-Verzeichnis

Kopieren und Verschieben von Verzeichnissen

• Kopieren & Verschieben wie bei Dateien
  • $ cp <src> <dest>: Kopiert Dateien und Ordner
  • $ mv <src> <dest>: Verschiebt oder benennt Dateien und Ordner um

Pfade

• Pfade spezifizieren die Position von Dateien und Verzeichnissen im Dateisystem
• Genaue Angabe abhängig vom Betriebssystem
• Hierarchischer Aufbau → in Baumstruktur

  /home/user1/
  |-- projekt_1
  |   -- daten
  |-- projekt_2 
  |   -- daten
  

Pfadnamen

• Wurzelverzeichnis /: Wurzel aller anderen Verzeichnisse
• Benutzerverzeichnis ~: Abkürzung zum Verzeichnis in dem die Daten des aktuellen Nutzers liegen z.B. home/user1
• Getrennt durch Trennsymbol:
  • / für Unix bzw. Unix-like Systeme
  • \ für Windows-Systeme

Pfade

• Pfade können auf unterschiedliche Arten ausgedrückt werden

/home/user1/
|-- projekt_1
|   -- daten
|-- projekt_2  <-- Aktuelles Arbeitsverzeichnis
|   -- daten

Absolute und relative Pfade

• Absoluter Pfad is vollständig und gilt von überall im Computer:
  /home/user1/projekt_2/daten
• Relativer Pfad geht vom aktuellen Arbeitsverzeichnis aus z.B.
  • Arbeitsverzeichnis pwd: /home/user1/projekt_2
  • Relativer Pfad zum Unterverzeichnis /daten
  • Relativer Pfad zum parallelen Verzeichnis ../projekt_1

• Im Allgemeinen ist es besser, relative Pfade zu verwenden, da sie portabler sind
• → bei gleicher Struktur kann auf projekt_2/daten zugegriffen werden, auch wenn der Benutzer nicht mehr user1 heißt

Dateiverwaltung

• Namenskonventionen erleichtern das Verständnis für unbekannte Datei- bzw. Verzeichnisstrukturen

Unix-Namens-Konventionen

• Dateien/Verzeichnisse mit führendem Punkt sind versteckt → z.B. .hiddenfile.txt oder .git
• Normale Verzeichnisse enthalten meist keine .
• Dateien haben meist Endungen, die auf die Verwendung rückschließen lassen:
  • filename.txt → Textdatei
  • script.py → Python-Skript
  • bild.jpg → Bild mit JPEG-Kompression
  • etc.
• Namen sind case-sensitive: filename.txt != FileName.txt
• Leerzeichen ⎵ durch Unterstriche _ bzw. Bindestriche - ersetzt
• keine Sonderzeichen ($%&<>:"/\|?*)

Unix-Verzeichnisstruktur

• Die meisten Unix-like System haben eine ähnliche bzw. idente Verzeichnisstruktur → macht Wechsel zw. Systemen einfacher
• Ausgehend vom Wurzelverzeichnis /

Wichtige Verzeichnisse

• home - Home: Benutzerverzeichnisse
• home/<user>: Benutzerverzeichnis ~ des Benutzers <user>
• media - Media: Wechseldatenträger (USB-Sticks, CDs, DVDs)
• mnt - Mount: Dateisysteme, die an das System angehängt sind
• etc - Et cetera: Konfigurationsdateien
• bin - Binaries: Programme, die für alle Benutzer verfügbar sind

$ ls /
bin   dev  home  lib    lib64   lost+found  mnt  proc  run   snap  sys  usr
boot  etc  init  lib32  libx32  media       opt  root  sbin  srv   tmp  var

Unix-Verzeichnisstruktur

• Programme (Binaries) sind ausführbare Dateien
• Werden üblicherweise im bin-Verzeichnis gespeichert

$PATH Umgebungsvariable

• Enthält eine Liste von Verzeichnissen, die das System vor der Ausführung eines Befehls überprüft

$ echo $PATH
/h/bin
/bin
/usr/bin
/usr/local/bin
...

• bin Verzeichnisse automatisch im Pfad → Programme können direkt ausgeführt werden

Umgebungsvariablen

• konfigurierbare Variablen → oft Pfade zu Programmen, Konfigurationsdateien, Einstellungen, etc.
• können in der Shell gesetzt, geändert und gelöscht werden
• $PATH ist so eine Umgebungsvariable

Lesen von Umgebungsvariablen

• env: Listet alle Variablen auf
• Wert einer Variablen ausgeben: echo $<variable_name>

  $ env
  SHELL=/bin/bash
  PWD=/home/ubuntu/test_for_unix
  LOGNAME=ubuntu
  PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:<...>
  ...
  $ echo $HOME
  /home/ubuntu
  

• which: Gibt Pfad zu einem Programm aus → muss in $PATH enthalten sein

  $ which python
  /c/Python312/python
  

Umgebungsvariablen

• Können auch (in Skripten) gesetzt werden
• Insbesondere $PATH wird oft gesetzt

Umgebungsvariablen setzen

• $ export <variable_name>=<value>: Setzt eine Umgebungsvariable
• $ export PATH=$PATH:/home/user1/bin: Fügt ein Verzeichnis zum $PATH hinzu → Trennzeichen : zw. einzelnen Pfaden
• $ unset <variable_name>: Löscht eine Umgebungsvariable

Skripte

Anlegen und Ausführen eines Python Skripts

• Erstellen eines Python-Skripts mit nano

  $ nano main.py
  

    GNU nano 8.0                             main.py                              Modified
  print("Hello, World")
  
  ^G Help        ^O Write Out   ^F Where Is    ^K Cut         ^T Execute     ^C Location
  ^X Exit        ^R Read File   ^\ Replace     ^U Paste       ^J Justify     ^/ Go To Line
  

• Ausführen des Skripts mit python

  $ python main.py
  > Hello, World
  

Anlegen und Ausführen eines Shell-Skripts

• Shell-Befehle können in Skripten (*.sh) gespeichert und ausgeführt werden
• Jedes Shell-Skript startet mit #!/bin/sh

  $ echo '#!/bin/sh' > my-script.sh
  $ echo 'echo Hello World' >> my-script.sh
  $ ./my-script.sh
  > Hello World
  

Aufgabe

• Erstellen Sie ein Skript activate_venv.sh
• Das Skript soll eine virtuelle Python Umgebung im aktuellen Ordner aktivieren

  /home/user1/projekt
  |-- .venv
  |-- main.py
  |-- other.py
  

• Hierzu soll .venv/Scripts/activate ausgeführt werden
• Außerdem soll das Skript eine Nachricht ausgeben, dass die Umgebung aktiviert wurde
• Legen Sie das Skript im usr/bin-Verzeichnis an und machen Sie es ausführbar

Musterlösung - activate_venv.sh

$ ls -l
-rwxr-xr-x 1 mtpanny 1049089       57 Sep 23 15:57  activate_venv.sh*

Dateirechte

• Dateien besitzen Rechte, die bestimmen, wer auf sie zugreifen, sie lesen, schreiben oder ausführen kann
• nicht unter git-bash

Datei-Rechte

$ ls -l
total 48224
drwxrwxr-x 2 ubuntu ubuntu     4096 Jun 19 15:08 __pycache__
-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu      529 Jun 19 15:00 config.py

• die 2-10 Buchstaben zeigen die Berechtigungen für den angemeldeten user / dessen Gruppe / jeden
  • r read: Lesen der Datei
  • w write: Ändern der Datei
  • x execute: Datei als Prozess ausführen

Dateirechte

• Skripten müssen ausführbar sein → x-Recht → wird oft automatisch richtig gesetzt

Ausführbare Dateien

• Falls ein Skript noch nicht ausführbar ist:

  $ ls -l
  total 3
  -rw-r--r-- 1 mtpanny 1049089 18 Sep 23 15:41 my-script.sh
  

• Ausführbar machen mit chmod

  $ chmod 755 my-script.sh
  $ ls -l
  total 3
  -rwxr-xr-x 1 mtpanny 1049089 28 Sep 23 15:42 my-script.sh*
  

• 755 setzt die Rechte auf rwxr-xr-x → rwx für den Besitzer, rx für die Gruppe und rx für alle anderen

Weitere wichtige Funktionen

Ausführen von Kommandos in der selben Shell

• ./my_script.sh führt das Skript in einer neuen Shell aus
• source my_script.sh führt das Skript in der aktuellen Shell aus

Weitere wichtige Funktionen

• Auflisten und Unterbrechen von Prozessen
• Anlegen von Diensten
• Youtube Kurs

Aufgabe

• Wechseln Sie zu Ihrem User-Verzeichnis cd ~ und geben Sie dessen Pfad mit pwd aus
• Legen Sie folgenden Ordnerstruktur an:

~/project_1/
|-- src_py
|   -- main.py
|-- src_sh  
|   -- script.sh

• nutzen Sie dazu die Befehle cd .., cd <dir_name>, mkdir <dir_name>
• Nutzen Sie die tab-Taste für die auto-vervollständigung und die Arrow UP Taste für die Befehlshistorie
• Legen Sie die Dateien mittels Texteditor nano <file_name> an
• Bei Dateien sollen "Hello, World" ausgeben. Die Python-Datei über die print(...)-Funktion, die Shell-Datei durch ausführen von main.py aus dem anderen Verzeichnis

main.py

• Inhalt der Datei

print("Hello, World!")

• Ausführen python main.py

script.sh

• Inhalt der Datei

#!/bin/sh
python ../src_py/main.py

• Ausführen ./script.sh

Löschen des Verzeichnis

• Löschen Sie das Verzeichnis wieder rm -rf project_1/
• rm <file_name> löscht Dateien, durch die Optionen r und f können Sie auch Verzeichnis Löschen (recursive und force)