Linuxの基礎知識をまとめてみた

Linuxって何？

• LinuxはOSの一種で、コンピュータを動かすための基本ソフト
  • 基本ソフトがないとコンピュータは動かない
  • 他のOSとして、Windows,Mac OS X, Androidなどがある

Linuxはどのように誕生したのか？

• 1970年頃
  • UnixというOSが誕生
  • シンプルな小さいOSで大学や研究所を中心に普及
  • 有料。ライセンス縛りも厳しい
• 1985年〜
  • オープンソース版のUnixを開発するプロジェクトがスタート
  • ソースコードも公開されていたので、様々な派生版のUNIXが誕生
• 1991年
  • 当時大学生のリーナス・トーバルズがLinuxを開発し、オープンソース化
  • UNIXを真似て、一からOSを作る
  • 最終的に最も普及
  • 有料のUnixが、Linuxという形で無料で使えるようになった

Linuxはどこで使われているのか？

• サーバー、組み込み、デスクトップといった幅広い用途て使われている

Linuxの特徴と欠点

• 特徴
  • オープンソースなので誰でも自由に使える
  • 世界中で使われていて信頼性が高い
    • 特にサーバー用途として広く使われている
  • 品質の高い多くのソフトウェアが利用できる
    • WebサーバーのApacheやデータベース管理システムのMySQLなど
  • 自動化するための仕組みがあり、サーバーの運用が行いやすい
  • マルチタスク機能であり、複数の機能を同時に実行することができる
• 欠点
  • 商用アプリケーションがあまり存在しない
    • WordやExcelなどのMicrosoft Officeが動作しない
    • 画像、音楽、動画などのマルチメディア系ファイルを編集するのが苦手
  • 日本語対応されていない部分が多い
    • ドキュメントやヘルプが英語しかなかったり。。
    • ソフトウェアによっては日本語を利用すると文字化けしたりすることもある

Linuxを学ぶ理由

• Linuxは枯れている技術(広く使われることで信頼性が高くなった技術)なので、学ぶことで何年経っても使える技術を得ることができる
• 幅広い場所で使われている
  • サーバー用・組み込み器用
    • 幅広い場所で使われており、そういった場所でマシンを操作するときに必要
  • 長年使える
    • Linuxの技術は長い時間をかけて多くのユーザーに検証された結果、大きく変更する必要がなくなっている
    • →技術が枯れている
    • →一度習得すれば何年経っても使える！

ディレクトリの操作

• ファイル種別を表示
  $ ls -F
• コマンドの使い方を調べる

<コマンド>  --help
$ less --help

• コマンドのマニュアルを表示(manualの略/helpより詳しく知れる)
  $ man ls
• キーワードに関連したコマンドの一覧を表示する(コマンドをきちんと調べたい時に使う)
  $ man -k <調べたいキーワード>

ファイルの操作

• $ less <ファイル名>
  • ファイルの中身をスクロール表示するコマンド(長いファイルの中身を見たい時に使うコマンド)
    • catコマンド
      • 画面にそのままファイルの中身を出力する
    • lessコマンド
      • 別の画面が立ち上がり、ファイルの中身出力してスクロールで確認

コマンド	内容
スペースキー or fキー	一画面下にスクロール
bキー	一画面上にスクロール
kキー	一行上にスクロール
jキー	一行下にスクロール

ファイル内で検索

コマンド	内容
/文字列	下方向に向かって検索
?文字列	上方向に向かって検索
n	次の検索結果に移動
N	前の検索結果に移動

ファイルの作成

• $ touch <新規file1> <新規file2>...
  • 空のファイルを作成するコマンド
  • ex) $ touch README.md
    • ファイル名が存在していないときはからのファイルを作成
    • 存在しているときはタイムスタンプを更新

ファイル削除

• ディレクトリも合わせて削除する(rmは通常ファイルを削除するコマンドなので)
  $ rm -r <dir>

• ファイルを削除する際に警告文を表示させない
  $ rm -f <file>

• ファイルの削除前に確認する
  $ rm -I <file>

ファイルの移動・ファイル名の変更

• ファイル名を変更
  $ mv <file> <file1>

• ファイルを移動
  $ mv <file1> <dir/>

ファイル・ディレクトリをコピー

• ファイルをコピー
  $ cp <file> <new_file>

• ファイルをディレクトリ内にコピー(コピー先のファイルが既にあると上書きするので注意する)
  $ cp <file> <dir>

• ディレクトリをコピー
  $ cp -r <dir> <new_dir>

リンクを貼る

• 書式 : ln [オプション] <リンク元ファイル> <リンク名>

  • オプションを何も付けないとハードリンクになる

• ハードリンク

  • 一つのファイルの実体に複数の名前をつける機能
  • 元のファイルを削除しても消えない
  • 全てのハードリンクが無くなった時に削除される

• シンボリックリンク

  • リンク先のパス名が書かれた特殊なファイル
  • リンク先がファイルの実体
  • シンボリックリンクを残したままファイルの実態を削除したり、ファイルを移動すると、ファイルを参照できなくなる

リンクを貼るコマンド

• Linuxではファイルに別名をつけることができ、別名を付ける事を「リンクを貼る」という(Windowでいうショートカットみたいなもの)

• ハードリンクを貼る
  • 一つのファイルの実体に複数の名前をつける機能
  • 元のファイルを削除しても消えない
  • すべてのハードリンクがなくなった時に削除される

$ ln <file1> <file1_hard>

• シンボリックリンクを貼る(こっちの方がよく使う/異なるディレクトリをまたげる)
  • リンク先のパス名が書かれた特殊なファイル
  • リンク先がファイルの実体
  • シンボリックリンクを残したままファイルの実体を削除したり、ファイルを移動すると、ファイルを参照できなくなる

$ ln -s <file1> <file1_symbolic>

ハードリンクとシンボリックリンクの挙動の違い

➜  linux_udemy $ ls
file (空ファイルを作成済)
➜  linux_udemy $ echo "hogehoge foobar foobaz"
hogehoge foobar foobaz
➜  linux_udemy $ echo "hogehoge foobar foobaz" > file
➜  linux_udemy $ cat file
hogehoge foobar foobaz
➜  linux_udemy
➜  linux_udemy
➜  linux_udemy
➜  linux_udemy $ ln file file_hard (ハードリンクを作成)
➜  linux_udemy $ ln -s file file_symbolic (シンボリックリンクを作成)
➜  linux_udemy $ ls
file          file_hard     file_symbolic
➜  linux_udemy $ cat file_hard
hogehoge foobar foobaz
➜  linux_udemy $ cat file_symbolic
hogehoge foobar foobaz
➜  linux_udemy $ rm file
➜  linux_udemy $ cat file_hard (元ファイルを消去しても中身を見れる)
hogehoge foobar foobaz
➜  linux_udemy $ cat file_symbolic (ファイルの実体がなくなると、ファイルを参照できなくなる)
cat: file_symbolic: No such file or directory

ファイルを検索するコマンド

• findコマンド

  • ファイルやディレクトリを探すためのコマンド
  • $find　<検索開始ディレクトリ>　<検索条件>　<検索アクション>
  • ex) $ find . -name README.md -print
  • ※検索アクションは省略可

• ファイル名を指定してファイルを検索(ファイル名の大小文字は区別する)

  • $find . -name "*.html"
  • *(アスタリスク)は任意の文字列
  • ?も使えて、任意の1文字に一致する
  • *を使うときは必ずダブルクオートもしくはシングルクオートで囲むようにする
    • でないと、bashがパス名展開してしまい、複数ファイルを指定したと思われエラーとなる

• ファイル名を指定してファイルを検索(ファイル名の大文字小文字は区別しない)

  • $find . -iname readme.md

ファイルの種類で検索

• 通常ファイル
  • $ find . -type f -print
• シンボリックリンク
  • $ find . -type l -print
• ディレクトリ
  • $ find . -type d -print
• 複数の条件を指定する(-aは省略可)
  • $ find . -type d -a -name images -print
  • →imagesという名前のディレクトリを検索する

標準入力とパーミッション

標準入出力について

• 標準入出力とは、プログラムが特に何も指定されていない場合に利用する標準的な入出力元のこと

  • キーボードから入力したコマンドなどのように、コンピュータにデータを受け渡すことを入力と呼ぶ
  • コマンドやプログラムの実行結果を外に向かって出すことを出力と呼ぶ
  • 上記の入力と出力をあわせて入出力と呼ぶ
  • 入力の場合はキーボード、出力の場合はディスプレイというのが標準になっており、入力元と出力先は指定すると変更することができる
  • 入力元と出力先を指定しない場合は、デフォルトで決められているものが使用され、デフォルトで決まっているものを標準と呼ぶ

• 標準入力、標準出力、標準エラー出力の3つをあわせて標準入出力を呼ぶ

  • 標準入力
    • プログラムの標準の入力
    • キーボードが通常は使われる
    • 識別子の数値 : 0(省略できる)
  • 標準出力
    • プログラムの標準の出力
    • ディスプレイが通常は使われる
    • 識別子の数値 : 1(省略できる)
  • 標準エラー出力
    • プログラムのエラーメッセージを出力する
    • ディスプレイが通常は使われる
    • 識別子の数値 : 2(省略できない)

リダイレクト

• リダイレクトというのは入出力先を変更する機能
• 入力のリダイレクト
  • キーボードの代わりにファイルから入力する機能
  • ex) /etc/hostsファイルを入力元にしてcatコマンドを実行
  • $ cat < /etc/hosts
• 出力のリダイレクト
  • コマンドの実行結果を画面に表示するのではなく、ファイルに保存する機能
  • ex) lsやcatコマンドの出力先をoutput.txtにして保存
  • $ ls > output.txt
  • $ cat > output.txt
• エラー出力のリダイレクト
  • エラー結果を画面に表示するのではなく、ファイルに保存する機能
  • ex) $ ls /hoge 2> error.txt

リダイレクトのその他の使用方法

• 出力とエラー出力をまとめる

  • まとめる場合は、出力をリダイレクトした後に2>&1とかく
  • $ ls / /hoge > output.txt 2>&1

    ➜  linux_udemy $ ls / /hoge > output.txt 2>&1
    ➜  linux_udemy $ cat output.txt
    # ▼出力とエラー出力がまとめて表示される
    ls: /hoge: No such file or directory
    /:
    bin dev etc home lib
    

• リダイレクトで追記する

  • 「>」でリダイレクト指定するとファイルを上書きする
  • 「>>」でリダイレクト指定するとファイルに追記する
    • $ echo Hello！ >> output.txt

• /dev/null

  • 入力先として指定しても何も返さず、出力先として指定してもデータは消え何も表示されないスペシャルファイル
  • 入力先として指定
    • 入力が何もない状態になる
    • コマンドのテストなどで入力を空にしたい時に使用
    • あまり使われない
  • 出力先として指定
    • 結果が何も表示されない
    • 結果が大量にあり、結果を非表示にしたい時に使用
    • よく使う

• パイプライン

  • 複数のコマンドを連携させる機能
  • コマンドの標準出力を別のコマンドの標準入力に繋げる
  • $ コマンド | コマンド
  • ex1) $ ls /bin | less
  • ex2) $ ls /bin | grep systemd | less

パーミッション

• パーミッションとは、ファイルの権限管理の事
• なぜ、パーミッションという仕組みがあるのか？
  • Linuxは複数人が1台のコンピュータにログインして操作することが前提で作られている
  • 他人のファイルを勝手に削除されても困るし、システムの設定なども勝手に変えられて欲しくない
  • 上記のことが起こらないように、システムの設定は管理者しかできないようになっていたり、ファイルのアクセス権限はユーザーごとに決められるようにしたい
  • パーミッションを理解することで、Linuxのシステムを安全に管理したり、使用したりできる
  • また、パーミッションについて理解していないと、ファイルにアクセス出来なくてエラーになった時に解決出来ない

ファイルのオーナーとグループ

• ファイルには全てオーナー(所有者)とグループ(所有グループ)が設定され権限管理されている
  • 前提 : Linuxではユーザーごとにアカウントを発行する
  • オーナー : ファイルの所有者
  • グループ : ファイルの所有グループ
    • ユーザーをグループに所属させ、グループに権限を与えることで、複数ユーザーの権限を一括で管理できるようにする
  • $ ls -l コマンドでファイルのオーナーとグループが確認できる

    ➜  hoge $ ls -l
    total 0
    -rw-r--r--  1 linux-user(オーナー)  staff(グループ)  0  4 30 13:31 owner-group.txt
    

パーミッション

• ファイルやディレクトリを「誰がどのように操作できるか」を定めたのがパーミッション
  • ex) -rwxr-xr--
    • - : ファイルタイプ
    • rwx : オーナーのパーミッション
    • r-x : グループのパーミッション
    • r-- : その他ユーザーのパーミッション
• 以下の3種類の権限がある
  • 読み取り（r）: ファイルの内容を読み取る権限
  • 書き込み（w）: ファイルの内容を変更する権限
  • 実行（x）: ファイルを実行する権限（通常はプログラムやスクリプトに対して適用される）
• ファイルタイプ
  • 通常ファイル（-）: テキストファイル、バイナリファイル、プログラムなど
  • ディレクトリ（d）: ファイルおよび他のディレクトリを格納するコンテナ
  • シンボリックリンク（l）: 他のファイルやディレクトリへの参照（ショートカット）
  • ブロックデバイスファイル（b）: ブロックデバイス（例: ハードディスク）へのインターフェイス
  • キャラクタデバイスファイル（c）: キャラクタデバイス（例: シリアルポート）へのインターフェイス
  • ソケットファイル（s）: プロセス間通信に使用されるソケット

ファイルモードの変更

• ファイルやディレクトリのパーミッションを設定する(change modeの略)
• $ chmod [ugoa] [+-=] [rwx] ファイル名
  • u : 所有者の権限
  • g : グループの権限
  • o : その他のユーザーの権限
  • a : 全ユーザーの権限
  • + : 権限を追加
  • - : 権限を削除
  • = : 記述した権限にする
• ex) $ chmod u+r file(相対指定)
  • 現在の権限から特定のユーザーの権限だけ変更したいときはこっちをよく使う

数値で指定する方法

• $ chmod　<8進数の数値>　<ファイル名>
  • r(読み取り) : 4
  • w(書き込み) : 2
  • x(実行) : 1
• ex) $ chmod 755 file(絶対指定)
  • 「オーナーもグループもその他もこの権限にする！」みたいに、あらかじめ決まっている時などに使う
• 755はよく指定する設定で、オーナーは全部できて、その他のユーザーは読み取りと実行はできるけど、書き込みができない設定という意味
  • 7(オーナーの権限) : rwx(4 + 2 + 1)
  • 5(グループの権限) : r-x(4 + 1)
  • 5(その他の権限) : r-x(4 + 1)

スーパーユーザー

• スーパーユーザーとは、管理者権限を持つ特別なユーザーのこと(switch user and doの略)
• 背景
  • システムの根幹に関わる作業が誰にでもできると危険
  • その為、システムの根幹に関わる作業はスーパーユーザー(root)だけができるようにしている
• コマンドの前にsudoをつけるとスーパーユーザーとしてコマンドを実行
  • $ sudo <コマンド>
• ex) $ sudo mkdir /storage
  • rootディレクトリ直下の書き込み権限はrootユーザーしかないので、エラーとなる

プロセス・ジョブの管理

• なぜ、プロセス・ジョブの管理(コマンドが実行されている裏側)を理解する必要があるのか？
  • 複数の作業を同時に行うことができる
    • 複数のターミナルを立ち上げるみたいなことをしなくても済む場合がある
  • トラブルシューティングが出来るようになる
    • 負荷の高い作業をしている中、メモリやCPUなどが枯渇してきてサーバーがダウンした時などに、不要なコマンドを停止したりして、メモリやCPUの負荷を下げることができる
• まとめると、今後より複雑な作業をしている時に困らなくなる

プロセスについて学んでいきましょう

• プロセスとはメモリ上で実行中のプログラムのことを指す
  • コマンドを実行すると、実行ファイルをメモリに格納して、メモリ上でCPUがプログラムを実行する。一つ実行すると新しいプロセスが一つ作られる
  • たとえ同じコマンドを実行したとしても、プロセスは別々のものが作られる
  • プロセスごとにプロセスIDが割り当てられてプロセスを管理できるようになっている
  • プロセスもファイルと同じように個々に実行ユーザーが割り当てられている
    • 他のユーザーが自分のプロセスを勝手に操作できないようになっている

実行中のプロセスを表示するコマンド

• 実行中のコマンドを確認するのだったら実行中のコマンドを確認するこ&でプロセスを確認したないとどこでプログラムを時効されているつのか確認する必要があるために

• ps(process statusの略)
  • $ ps [オプション]

    ➜  linux_udemy $ ps
    # PIDにプロセスIDが、CMDに実行中のコマンドが表示されている
    # PID : プロセスID、　CMD : 実行中のコマンド
      PID TTY           TIME CMD
      699 ttys000    0:00.31 -zsh
     8318 ttys000    0:00.02 tmux
    

• オプション
  • aux : 全ユーザーのプロセスを、詳細情報を合わせて表示する
  • $ ps aux
  • →オプションだけど - を付けなくて良い。
    • x : psコマンドを実行したユーザーの全てのプロセス
    • a : 全てのユーザーのプロセス
    • u : 詳細情報を合わせて表示する

ジョブ

• ジョブとは、まとめて実行されるプロセスの集まりのこと。シェルごとに管理される
• ジョブとプロセスの違い
  • プロセスはOS全体で統一して管理される
    • システムが自動で実行しているプログラムや他のユーザーは実行している
    • コマンドを一括して管理
  • ジョブは、そのジョブを実行するshellで管理される

    $ ps aux | grep bash | less
    # →プロセスは3つ生成される
    # →ジョブは1つ生成される
    

ジョブの状態を変更する

• シェルの画面外でコマンドを実行することをバックグラウンドという

• シェルの画面内でコマンドを実行することをフォアグラウンドという

• 現在のジョブの一覧を表示するコマンド

  • $ jobs

    $ jobs
    [1]+ 実行中 sleep 10 &
    

  • →ジョブid, 実行状況、実行コマンドを表示する

• ジョブをフォアグラウンドにするコマンド

  • $ fg %<ジョブid>
  • $ fg %1
  • →ジョブをフォアグラウンドに戻して対話的に操作したい時に使う

• ジョブをバックグラウンドにするコマンド

  • $ bg %<ジョブid>
  • $ bg %1
  • →長い時間かかる処理をバックグラウンドで実行する事で、コマンドが終了するのを待たなくて良くなる

• コマンドをバックグラウンドで実行する

  • $ sleep 5 &

使用例

• LinuxやUnix系のシェルで、実行中のジョブを停止（一時停止）または中断（終了）するためのコマンドは以下の通り
• ジョブの停止（一時停止）
  • 実行中のジョブを一時停止させるには、Ctrl + Z キーを押す
  • これにより、ジョブはバックグラウンドで停止状態になる
  • 停止したジョブを再開するには、fg コマンド（フォアグラウンドに戻す）または bg コマンド（バックグラウンドで実行）を使用
• ジョブの中断（終了）
  • 実行中のジョブを中断（終了）させるには、Ctrl + C キーを押す
  • これにより、ジョブは強制終了される

➜  linux_udemy $ man zsh # zshの使い方を調べる
[1]  + 26609 suspended  man zsh　#Ctrl + zで停止
➜  linux_udemy $ jobs
[1]  + suspended  man zsh
➜  linux_udemy $ fg %1　# フォアグラウンドに停止したコマンドを戻す(マニュアルの途中から表示してくれる)
[1]  + 26609 continued  man zsh

ジョブやプロセスの終了

• ジョブやプロセスを終了させるには、killコマンドを使用する
  • kill processの略
• $ kill [オプション] %<ジョブID>
  • ex) $ kill %1
• $ kill [オプション] <プロセスID>
  • ex) $ kill 4967
• フォアグラウンドのジョブはCtrl+cで終了する
• 停止中やバックグラウンドのジョブはkillコマンドで終了できる

補足

• 正確には、killコマンドはシグナルを送信するコマンド
  • デフォルトでは、TERMという終了を指示するシグナルを送信している
• $ kill -<シグナル名> <プロセスID>
• 以下の２つのコマンドは同じ意味
  • $ kill 4567
  • $ kill -TERM 4567
• 時々使う、SIGKILLという強制終了のシグナル
  • killコマンドを打っても終了しない異常なプロセスがいる時に使う
    • ただし、必要な処理を行なってから終了するプロセスもあるので、できる限り使わないようにする(最終手段として使う！)
  • 以下の2つのコマンドは同じ意味
    • $ kill -SIGKILL 4567
    • $ kill -9 4567

使用例

➜  linux_udemy $ sleep 10
^C # Ctrl + cで中断
➜  linux_udemy $ jobs
➜  linux_udemy $ sleep 100 & #バックグラウンドで実行
[1] 27173
➜  linux_udemy $ jobs
[1]  + running    sleep 100
➜  linux_udemy $ kill % 1　#実行中のsleep 100を終了させる
[1]  + 27173 terminated  sleep 100
➜  linux_udemy $ jobs
➜  linux_udemy # ジョブが終了している事がわかる

参考教材

もう怖くないLinuxコマンド。手を動かしながらLinuxコマンドラインを5日間で身に付けよう - Udemy