Versionsverwaltung & Git

Julian Huber & Matthias Panny

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

✍️ 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)