前言

为什么要学习 Linux 呢？因为：

  1. 我们要分析数据（比如测序数据）。
  2. 但是数据太多太大，自己的小电脑装不下、跑不动。
  3. 所以想用所以性能强大的计算集群来分析数据。
  4. 然而计算集群的操作系统是 Linux，之前没学过。😥

所以学习 Linux 还是很有必要的。

Linux 是个操作系统，所以要想学习 Linux，肯定需要一台装着 Linux 的电脑。

但是在自己的电脑上装一个完整的 Linux 很麻烦，也不是所有人都有集群的账号，虚拟机又很笨重……

所幸微软在 Windows 10 中加入了 WSL (Windows Subsystem for Linux) 的功能，这使得我们可以在自己的电脑上想装 APP 一样装 Linux。

安装 WSL

如果您知识渊博，可参看极为详尽的微软的官方教程 -> 右键新标签页打开。

Win10 默认是没有开启 WSL 这项功能的，我们需要先启用这个功能。

首先，按 Windows 键 + Q 键 呼出 Win10 的搜索界面，搜索 启用或关闭 Windows 功能。

然后，找到 适用于 Linux 的 Windows 子系统 勾选后确定，之后重启电脑，WSL 功能就开启了。

启用 WSL 功能

重启电脑之后，打开 Win10 自带的 Microsoft Store，搜索 Linux，就能找到许多 Linux 发行版，在这里，我们选择安装 Ubuntu。

从 Microsoft Store 安装 Ubuntu

什么是 Linux 发行版呢？简单来说，Linux 是个操作系统内核，但只有一个光秃秃的内核没法用呀。发行版不只有 Linux 内核，还包含着许多常用软件，使其能够“开箱即用”。

启动刚安装的 Ubuntu，它会自动开始安装。

Installing, this may take a few minutes...

安装完成后，你需要设置一下这个 “迷你操作系统” 的用户名和密码。（注意：处于安全原因，输入密码时屏幕上是不会显示密码的内容的，输入之后回车就好。）

（井号及其之后的部分是我添加的注释）

Installing, this may take a few minutes...
Please create a default UNIX user account. The username does not need to match your Windows username.
For more information visit: https://aka.ms/wslusers
Enter new UNIX username: ZhangSan # 提示输入用户名
New password: # 输入过程不会显示东西
Retype new password: # 再输一遍确认
passwd: password updated successfully
# 后面内容略

输入完成后，你就拥有一个小型 Linux 操作系统啦。🎉

Linux 初探

是的没错，这个黑框框（终端）就是大名鼎鼎 Linux 操作系统的界面。

刚才输入完用户名和密码后，系统会在屏幕上显示出一些系统信息，以及安装成功的提示信息。但最后，屏幕上会出现类似这样的东西：

ZhangSan@ZhangSanPC:~$

这是一种叫做提示符（prompt）的东西，它的出现告诉我们，系统正在等待你输入命令。

Linux 就是这样一种操作系统，用户通过在终端中输入命令（而不是用鼠标点点点）来指示电脑完成各种各样的工作。

接下来让我们学习一些基础命令。

目录相关操作

Linux 是个由文件和目录（Linux 的目录就是 Windows 的文件夹）组成的操作系统，而我们也正处在某个目录之下。

用户当前所在的目录有个特殊的名字，叫工作目录（Work Directory)。

我们可以用 pwd（Print Work Directory）命令查询我们当前所在的工作目录的绝对路径。

绝对路径：文件或目录在整个文件系统中所处的位置，如果用我国的邮政地址来比喻的话，就是像“中国北京市朝阳区北辰西路1号院2号”这样的地址。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ pwd # 回车
/home/ZhangSan # 我们所在目录的绝对路径
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ # 提示符重新出现，等待用户输入新的命令

在路径 /home/ZhangSan 中，最左边的一条斜线（/）代表根目录，之后的 home 代表 home 目录，再之后的斜线（/）就只是分隔符了，最后的 ZhangSan 代表 ZhangSan 目录，在 Linux 中，每一个用户都有一个自己专属的目录。

根目录：用刚才的邮政地址来比喻的话，根目录就相当于“中国”这一级。

所以这个路径告诉我们，我们正处在根目录下的 home 目录下的 ZhangSan 目录下……

我们已经知道自己所处在那个目录下了，那么这个目录下有什么东西呢？我们可以用 ls 命令列出（List）当前目录下的内容。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

终端中没有打印出新的东西，也就是说当前工作目录下没有东西。

既然如此，就让我们创建一点东西吧，mkdir（Make Directory）命令可以用来创建文件夹。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ mkdir hello_dir # 注意中间有个空格
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls # 再用 ls 命令
hello_dir # hello_dir 目录已创建
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

刚才我们用 mkdir 命令在当前工作目录下创建了一个叫 hello_dir 的目录，那么如果我想在 hello_dir 里再创建一个目录，要怎么办呢？

我们可以用 cd（Change Directory）命令改变工作目录，然后再用 mkdir 命令在新的工作目录下创建文件夹。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ cd hello_dir # 将工作目录切换至 hello_dir 目录下
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir$ mkdir nihao_dir # 在 hello_dir 下新建 nihao_dir 目录
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir$ ls # 列出 hello_dir 目录下的内容
nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir$ cd nihao_dir # 将工作目录切换至 nihao_dir 目录下
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ mkdir konnichiwa_dir # 在 nihao_dir 下新建 konnichiwa_dir 目录
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ ls # 列出 nihao_dir 目录下的内容
konnichiwa_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$

输命令的时候一个字母一个字母地打字很麻烦？尝试先输入一两个字母，然后按一下 Tab 键。😉 自动补齐目录的名字时会多一个 /？这不碍事的，有无最后一个 / 都一样。

不难发现，当我们切换工作目录时，终端的提示符也发生了改变。

以最后一个提示符 ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ 为例，这个提示符显示的信息有：

  1. 当前用户名为 ZhangSan。
  2. 当前主机名为 ZhangSanPC。（就是电脑的名字）
  3. 当前所处的工作目录的路径为 ~/hello_dir/nihao_dir

@、: 和 $ 则是一些分隔符。

那么问题来了，这个 ~/hello_dir/nihao_dir 中的波浪线 ~ 是什么呢？

让我们用 pwd 查看一下当前工作目录的绝对路径。

ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ pwd
/home/ZhangSan/hello_dir/nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$

~ 其实就是 /home/ZhangSan 的简写，也就是当前用户的专属目录的绝对路径简写。

像这样的路径简写还有很多，比如 .（一个英语的句点）和 ..（两个英语的句点）。. 是当前工作目录的简写，.. 是当前工作目录的上一层目录的简写。

让我们用 cd 命令来验证一下。

ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ cd . # 原地踏步
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ cd .. # 返回上一层目录
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir$ cd .. # 再返回上一层目录
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ # 回到最开始的地方

现在我们回到了 ~ 目录（也就是 \home\ZhangSan 目录）下，如果我要重新返回 nihao_dir 目录下要怎么办呢？

我们当然可以像之前那样两次调用 cd 命令，但也可以这样做。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ cd hello_dir/nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~/hello_dir/nihao_dir$ cd ~
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

这次，我们在使用 cd 命令时，提供的不只是一个目录的名字了，而是一个相对路径了。

相对路径：文件或目录相对于当前工作目录的路径，可以形象地理解为“往北走50米，再往东走300米就是北餐厅了”这样的“地址”。

绝对路径和相对路径的主要区别就是路径的最左边的符号，绝对路径的最左侧为 /（代表根目录）或 ~（另一个绝对路径的缩写），相对路径最左侧没有符号，或是像 .（代表当前目录） 和 ..（代表上一层目录）这样的相对路径缩写。下面是一些例子。

/home/ZhangSan/hello_dir/nihao_dir # 绝对路径
~/hello_dir/nihao_dir # 带简写的绝对路径
hello_dir/nihao_dir # 相对路径
../ZhangSan/hello_dir/nihao_dir # 带简写的相对路径

单独的一个目录名是最简单的相对路径。

如果当前目录是 ~（/home/ZhangSan） 的话，上述四个路径是一样的。

回顾刚才的几个例子，不难发现，我们既给过 cd 命令绝对路径，也给过相对路径，只要路径是正确的，给那个都可以。

刚开始用 pwd、ls、cd 等命令就像学用筷子夹菜一样，需要适应一段时间。

但是觉得晕的话，也可以调用 Win10 的资源管理器，这是随 WSL 附赠的功能。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ explorer.exe . # 在当前目录（注意有个"."）打开 Win10 的资源管理器
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ # 会自动弹出个窗口

explorer.exe

然后就可以用习惯的方式探索 Linux 的文件结构了…………

嗯？怎么除了我们刚创建的目录（hello_dir 等）还有一些以点（.）开头的目录和文件？

原来，在 Linux 中，以点开头的目录和文件名代表它们是隐藏的（在 Windows 下则不会）。所以在刚才，我们只用 ls 命令没能看到它们。

要想看到它们，我们得为 ls 命令加一个 -a 选项，来显示所有的（All）内容。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls
hello_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls -a # 注意用空格隔开命令和选项
.  ..  .bash_logout  .bashrc  .landscape  .motd_shown  .profile  hello_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

加上 -a 选项之后，隐藏的目录和文件都被显示了出来。

ls 也可用来列出指定目录下的内容。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls hello_dir
nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls -a hello_dir
.  ..  nihao_dir # 这里也有 . 和 .. 目录
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

原来，我们之所以能用 . 和 .. 这样的简写来表示当前目录和上层目录，是因为每个目录下都有 . 和 .. 这样的具有特殊跳转功能的隐藏目录呀。

在刚才的例子中，我们通过 ls -a hello_dir 这一串内容，列出了 hello_dir 目录下的所有内容（包括隐藏目录）。

在 Linux 中，命令的基本结构如下：

[命令的名字] [选项] [参数] # 中间用空格分开

以 ls -a hello_dir 为例，ls 就是命令的名字，-a 是选项的名字，hello_dir 是参数的内容，在这里是一个我们想要列出其内容的目录的相对路径。

其中命令的名字必须写在开头，选项的名字一般都以 -（一个减号） 或 --（两个减号）开头，以和参数有所区分，而选项和参数之间没有关联的话，可以随意排序，比如刚才的命令还可以这样写。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls hello_dir -a # 调换了顺序
.  ..  nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls hello_dir --all # --all 和 -a 是同一个选项的不同写法
.  ..  nihao_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

如何删掉刚才创建的练习用的文件夹呢？Linux 中用于删除的命令是 rm。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ rm hello_dir
rm: cannot remove 'hello_dir': Is a directory
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls
hello_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

rm 命令默认删除的是文件，所以单独使用 rm 命令是无法删除目录的（防止一个误操作把所有东西都删了😉），需要加一个 -r 选项，这个选项不仅让 rm 命令能够删除目录，还能够循环地（Recursive）删除目录里的所有子目录和文件。

ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls
hello_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ rm -r hello_dir
ZhangSan@ZhangSanPC:~$ ls
ZhangSan@ZhangSanPC:~$

文件相关操作

在 Linux 中，一切皆文件，所以让我们来创建一个文件。

创建空文件最简单的命令是 touch 命令。

（在接下来的教程中，提示符将用一个 $ 替代）

$ touch abc.txt
$ ls
abc.txt
$

那么问题来了，touch 和创建文件有什么关系呢？其实这个命令的另一个用途是用来更新一个文件的最后修改时间的（即，摸一下这个文件），当指定的文件不存在时，才会创建一个新的文件。

如何验证刚创建的文件是空的呢？我们可以用 cat 命令查看文件的内容。

$ cat abc.txt
$

什么输出都没有，确实是空的。但是问题又来了，cat 跟打印文件内容有什么关系呢？原来，cat 命令本来的用途是用来拼接（concatenate）文件的内容，并将其输出到屏幕上，而我们只将一个文件的名字作为参数传给了它，所以它就直接将该文件的内容输出到了屏幕上。

空的文件可没什么意思，让我们往文件里添点内容吧。

就像 Windows 中有记事本一样，在 Linux 下也有 nano 这个简单易用的文本编辑器，我们可以用 nano 命令来调用这个文本编辑器。

$ nano abc.txt
# 回车后切换至 nano 的界面

然后就进入 nano 文本编辑器的界面了。

现在就可以随意输入一些内容了。（我输入了 abcdefg）

nano

之所以说 nano 是一个简单易用的文本编辑器，就是因为 nano 把使用方法都列在屏幕的下方了。例如 M-U Undo 就告诉我们：按 Alt + U 键能撤销操作，而 ^G Get Help 告诉我们：按 Ctrl + G 可查看更详细的帮助文档。

为什么用 M 和 ^ 表示 Alt 键和 Ctrl 键呢？主要是一些历史原因，两个参考文献 -> 【M】 【\^】

输入完内容后，按 Ctrl + X 键即可；提示是否保存，按 Y 确定；提示让我们设置保存的文件名，这里不修改，直接按回车保存。

再用 cat 命令试试。

$ cat abc.txt
abcdefg
$ cat abc.txt abc.txt # 拼接同一个文件
abcdefg
abcdefg
$

嗯，内容确实被修改了，cat 也确实可以拼接（concatenate）文件的内容并输出。

现在让我们新建一个目录 alphabet。

$ mkdir alphabet
$ ls
abc.txt  alphabet
$

如果我想把 abc.txt 放到 alphabet 目录下，该怎么做呢？

在 Windows 下，我们可以用鼠标把文件拖进文件夹，而在 Linux 下，得用 mv 命令将文件移动（Move）进目录。

$ ls
abc.txt  alphabet
$ mv abc.txt alphabet
$ ls
alphabet
$ ls alphabet
abc.txt
$

mv 命令的结构如下：

mv [要移动的文件的路径] [移动的目的地路径]

这里，两个路径参数的顺序不能颠倒。

mv 命令同样也可以移动目录。

$ mkdir upper
$ touch upper/ABC.TXT # 在 upper 目录下创建 ABC.TXT 空文件
$ mv upper alphabet
$ ls
alphabet
$ ls alphabet/
abc.txt  upper
$

mv 命令不仅可以移动文件和目录，还能修改文件或目录的名字。

$ ls
alphabet
$ mv alphabet ALPHABET # 原地改名
$ ls
ALPHABET
$ ls ALPHABET/
abc.txt  upper
$ mv ALPHABET/abc.txt def.txt # 移动的同时改名
$ ls ALPHABET/
upper
$ ls
ALPHABET  def.txt

既然有用于“剪切/粘贴”的 mv，自然也有用于“复制/粘贴”的 cp（Copy）了，cp 的用法与 mv 类似。

$ ls
ALPHABET  def.txt
$ ls ALPHABET/
upper
$ cp def.txt ALPHABET/ghi.txt # 复制的同时改名
$ ls ALPHABET/
ghi.txt  upper
$

同样的 cp 也能复制目录，但要额外加一个 -r 选项（与 rm 命令的 -r 选项意思相同，防止一个误操作复制了个超大的文件把硬盘挤爆了😜）。

$ ls
ALPHABET  def.txt
$ cp ALPHABET/ alphabet_copy
cp: -r not specified; omitting directory 'ALPHABET/' # 报错，无法复制
$ ls
ALPHABET  def.txt
$ cp ALPHABET/ alphabet_copy -r
$ ls
ALPHABET  alphabet_copy  def.txt
$

好了，基础的内容就是这些了，让我们把刚创建的目录和文件都删了吧。

$ ls
ALPHABET  alphabet_copy  def.txt
$ rm -r * # 这是个星号
$ ls
$ # 删光了

这里 * 是一种叫做通配符的东西，它可以用来匹配一个或多个字符。在这里我们用它来代表这个目录下的所有文件和目录的相对路径，然后让 rm -r 把它们都删了。😉

最重要的命令

Linux 中的命令成千上万，每个命令都有各种各样的选项和用法，没有人能把它们都记下来。

man（Manual）命令能够用来查询别的命令的用法。

$ man ls # 查询 ls 命令的用法
# 进到 man 的界面中

进到界面中后，按方向键即可上下翻阅，更详细的操作可按 h 查询。

具有类似的功能的命令还有 help 和 info，三个命令的覆盖范围各不相同，当用一个不好用时可以试试另一个。

通过查询 ls 的用法可以得知，可通过添加 -l 选项，展示详细信息。

$ ls -al # -a 和 -l 两个选项可以合并起来写
total 8
drwxr-xr-x 1 ZhangSan ZhangSan 4096 Jan 23 18:34 .
drwxr-xr-x 1 root  root  4096 Jan 23 10:25 ..
-rw------- 1 ZhangSan ZhangSan 2128 Jan 23 18:49 .bash_history
-rw-r--r-- 1 ZhangSan ZhangSan  220 Jan 23 10:25 .bash_logout
-rw-r--r-- 1 ZhangSan ZhangSan 3771 Jan 23 10:25 .bashrc
drwxr-xr-x 1 ZhangSan ZhangSan 4096 Jan 23 10:25 .landscape
drwxr-xr-x 1 ZhangSan ZhangSan 4096 Jan 23 15:38 .local
-rw-r--r-- 1 ZhangSan ZhangSan    0 Jan 23 10:25 .motd_shown
-rw-r--r-- 1 ZhangSan ZhangSan  807 Jan 23 10:25 .profile
$

额，好像又多了很多需要进一步学习的东西，这就留到以后的教程吧（如果还有的话😉）。

参考

  1. 鸟哥的 Linux 私房菜 台湾同胞撰写的 Linux 教程，文风幽默，相当经典。
  2. The Missing Semester of Your CS Education MIT 的大杂烩课程，什么都讲。
  3. 网道 - Bash 脚本教程 阮一峰撰写的 Bash 脚本教程，实用性很强。