UNIVERSITÀ DI PARMA
DIPARTIMENTO DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E INFORMATICHE

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===== La shell di Unix =====



La shell e’ l’interfaccia testuale tramite la quale l’utente interagisce con il sistema dopo il login.
  * E’ un interprete di comandi: legge ciascuna linea di comando, la interpreta e la esegue.
  * Non ha bisogno di particolari privilegi durante l’esecuzione. L’eventuale interazione con l’hardware avviene tramite system calls.
  * Ogni sistema Unix mette a disposizione vari tipi di shell. Le piu’ diffuse sono: Bourne shell (sh) , C shell (csh), TC shell (tcsh) e Bourne Again shell (bash).
  * Inizialmente l’amministratore del sistema fornisce ad ogni utente una shell di default che pero’ puo’ essere cambiata (chsh)
  * Ogni shell fornisce un linguaggio di programmazione. I programmi di shell sono denominati “shell script”.
  * D’ora in avanti faremo riferimento alla shell bash



==== Riferimenti e approfondimenti ====

[[ http://www.autistici.org/hacklab_fi/risorse/DM/MyLinuxch4.html#x223-910003| Informatica e GNU/Linux: La shell e i Job]]

[[http://www.pluto.it/ildp/guide.html | Guide ILDP]]

[[http://tldp.org/LDP/abs/html/ | Advanced Bash-Scripting Guide ]]




==== Comandi ====

  * I comandi che la shell riconosce possono essere interni alla shell stessa (built-in) oppure file eseguibili esterni .
  * A pari nome i comandi interni hanno la precedenza
  * La sintassi tipica di un comando e’: 

  comando <opzioni> <argomenti>

  * Argomenti: Si possono avere nessuno, uno o piu’ argomenti. Alcuni argomenti sono opzionali. Se non specificati assumono un valore di default. ( es: ls oppure ls /etc )

  * Opzioni: sono opzionali ed influenzano il comportamento del comando. Generalmente consistono di un - seguiti da una lettera (es: ls -a )

Per alcune opzioni esiste anche la forma estesa (es: ls  --all)

Alcune opzioni possono avere un argomento (es: ls -T 2 )


== Esempi ==

<code>
date # visualizza la data corrente
who # visualizza l’elenco degli utenti interattivi connessi al sistema
whoami
uname -a # mosta informazioni sul sistema
ps # visualizza i processi attivi dell’utente
ps -ef # visualizza tutti i processi
quota
</code>

==== Editing della linea di comando ====

<code>
Ctrl-a : va ad inizio riga
Ctrl-e : va a fine riga
Ctrl-k : cancella il resto della riga
Ctrl-y : reinserisce la stringa cancellata
Ctrl-d : cancella il carattere sul cursore
</code>
La shell registra i comandi inseriti dall’utente.
<code>
history : elenca i comandi digitati in precedenza
!n : richiama l’ennesimo comando dell’history
!! : richama il comando precedente
↑↓ : naviga nella history
Tab : completa il comando o il nome del file parzialmente digitato
</code>
==== Alias ====

Il comando alias permette di definire un alias.

Ad esempio:

  alias     #Il comando alias senza argomenti mostra tutti gli alias definiti.
  alias dir='ls -CF'
  alias rm='rm -i'







==== Variabili ====

Una variable e’ definita quando contiene un valore, compresa la stringa nulla. Per definire una variabile: 

  nome_var=valore

Per utilizzarne il contenuto: $nome_var (notare il $ in testa)

Esempio:

  miofile=/home/didattica/xxxxxx/miofile.txt
  cat $miofile

Il comando 
  set 
visualizza l’elenco delle variabili definite (oltre alle eventuali funzioni di shell)

== Variabili d'ambiente ==

Normalmente le variabili hanno validita’ limitata nell’ambito della shell stessa.
Per esportare le variabili e i loro valori anche ai processi generati dalla shell e’ necessario utilizzare il comando export. 
Una variabile esportata e' detta variabile d'ambiente.
Esempio:

  password=/etc/passwd
  export 

oppure

  export password=/etc/passwd

Provare: 

  test1="solo una prova" # con e senza export
  echo $test1
  bash
  echo $test1

Per elencare le variabili d'ambiente: 

  printenv

== Variabili della Bash ==

Le variabili d'ambiente vengono utilizzate da diversi programmi e tools 
per gestire la modalita' di funzionamento.

La Shell stessa utilizza diverse variabili d'ambiente. Le principali sono:
<code>
PATH Elenco di directory in cui vengono cercati gli eseguibili.
TERM Denota il tipo di terminale usato per le sessioni interattive
LANG stabilisce il quale lingua mostare i messaggi.
BASH_ENV Inizializzazione shell non interattiva
UID Numero dell’UID dell’utente
HOME La directory Home dell’utente
PWD La directory di lavoro dell’utente
PS1 Prompt
</code>


==== Inizializzazione====

La shell puo' essere eseguita in diverse modalita':
  * interattiva :  standard input output ed error sono associate ad un terminale
  * login : shell interattiva invocata al momento del login

==Al momento dell'attivazione vengono eseguiti diversi script di inizializzazione a seconda del tipo di shell==

==Login== 

1) /etc/profile + /etc/profile.d/*.sh 

2)  ~/.bash_profile  | ~./bash_login | ~/.profile (il primo che viene trovato)


== Non Login == 

  * Interactive:    ~/.bashrc
  * non-interactive: $BASH_ENV (default ~/.bashrc)

La shell di login viene lanciata dopo la procedura di accesso e ha generalmente il nome di –bash (echo $0).

Le shell successive (interattive e non) avranno il nome bash (senza trattino)

Vedi   [[ https://github.com/sstephenson/rbenv/wiki/Unix-shell-initialization | qui ]] le principali modalita' di apertura di una shell.

==== Gestione del file ====

Dal punto di vista utente tutti i files di un calcolatore sono organizzati all’interno di un unico file-system virtuale (VFS).

Un nome nel file-system puo’ riferirsi a:
  * File-dati (es: /bin/ls)
  * Dispositivo di input/output (es: /dev/cd0)
  * Informazioni sul sistema (es: /proc/cpuinfo)
  *  Memoria interna

Per tradizione esistono alcune directory che hanno un ruolo particolare:

<code>
  /      E' la radice della gerarchia
  /bin   Comandi per l’utente
  /sbin  Comandi di amministrazione
  /dev   Dispositivi di I/O
  /dev/shm  File in memoria RAM
  /etc   File di configurazione del sistema
  /lib   Librerie
  /var   File di dimensione variabile (es: logs, mailbox)
  /usr   File non essenziali ma utili
  /home  Directory personali degli utenti
  /proc  Contiene informazioni dinamiche di sistema
</code>


==== Working Directory ====

In Unix ogni processo ha associato una directory di lavoro (Working Directory) che puo’ essere visualizzata ( pwd ) e modificata dinamicamente ( cd newdir ). La directory di lavoro serve per evitare di doversi riferire ai file e alle directory del file-system in modo assoluto, ovvero specificando l’intero percorso a partire dalla radice
(\).

Se utilizziamo la Working dir. possiamo utilizzare riferimenti relativi alla directory di lavoro. Esempi:

  cd /home/ 
  ls user1/

==== Le directory . e .. ====

Ogni directory contiene 2 directory speciali:
   .. E’ un riferimento relativo alla directory genitore
   . E’ un riferimento relativo alla directory stessa

Esempi:

  cd /home/user1
  ls ../user2
  cd ../user2
  ./prog1




==== home directory ====

In Unix ad ogni utente viene assegnata una Home Directory che e’ la parte del file-system destinata a contenere i file personali dell’utente.
Il nome della home directory solitamente coincide con lo username dell'utente (ad esempio user1 ).

Questa directory non e’ modificabile dall’utente ed è riferita come:  

   ~user1/

Se lo username non e’ specificato si intende lo username dell’utente che ha generato il comando. I seguenti comandi, lanciati dall’utente user1, sono equivalenti:

   cd ~/bin
   cd ~user1/bin 
   cd /home/user1/bin

Il comando cd senza argomenti cambia la Working directory sulla Home dir.




==== comando ls ====

Il comando ls permette di visualizzare il contenuto di una o piu’ directory. Principali opzioni:
<code>
  -a visualizza anche i file nascosti (che cominciano con . )
  -l visualizza informazione estesa sui file
  -F aggiunge un carattere finale al nome che ne denota il tipo:
       /->dir *->exe @->link =->socket nessuno-> file_ordinario
   -R visualizza ricorsivamente le sottodirectory
</code>

 Esempi:

   ls -R ~ #mostra ricorsivamente tutte le dir dell’utente.



==== comandi cp, mv, rm, mkdir e rmdir ====

cp copia un file 

  cp oldfile newfile

Per copiare ricorsivamente una dir preservando proprietario e permessi:

   cp -Rdp olddir/ newdir/

mv sposta un file (come cp, ma l’originale e’ cancellato)

rm cancella un file 

  rm oldfile

mkdir crea una nuova directory 

  mkdir newdir

rmdir cancella una directory esistente 

  rmdir olddir

La directory da cancellare deve essere vuota. Per cancellare una directory e,
ricorsivamente, tutto il suo contenuto (fare attenzione!!) : 

  rm -r olddir/


==== gli attributi dei file e il comando chown ====

Ad ogni file e’ associata una lista di attributi, tra cui:
  * Identificativo del proprietario
  * Identificativo del gruppo
  * Permessi di accesso
  * Data di creazione *(ls –l)*
  * Data di ultimo accesso (ls –lu)
  * Data di ultima modifica (ls –lc)

L’identificativo del proprietario e del gruppo possono essere modificati con il comando chown. 
Esempi:

  chown user1 file1           cambia proprietario
  chown user1:group1 file1    cambia proprietario e gruppo


==== Permessi di accesso ai File ====

I permessi di accesso possono essere:

   r(lettura) w(scrittura) x(esecuzione) -(mancanza di permesso)

Esempio:
<code>
  -rw------- 1 user1 group1 1234 Jan 1 10:00 dati1
  -rwxr-x--- 1 user1 group1 1234 Jan 1 10:00 prog1
  xrwxr-xr-x 2 user1 group1 1234 Jan 1 10:00 dir1
</code>
Per accedere al contenuto di una directory e’ necessario il permesso “x”

Per accedere ad un file e’ quindi necessario, oltre al permesso sul file,
anche il permesso “x” per tutte le directory attraversate.




==== I comandi chmod e umask ====

Il comando chmod consente di modificare i permessi di accesso.
Esiste una sintassi letterale e una numerica.

Con la sintassi numerica ogni tripletta e’ codificata in ottale:

<code>
 --- 000 (0)  --x 001 (1)  -w- 010 (2)  -wx 011 (3)  r-- 100(4)  r-x 101 (5)  rw- 110 (6)  rwx 111 (7)
</code>

  Esempio: chmod 644 file1 -> rw-r--r--

umask e’ utilizzato per assegnare i permessi di default ai nuovi file.
Viene inserito tipicamente nei file di inizializzazione della shell

La sintassi e’ ottale, ma diversamente da chmod gli 1 indicano rimozione del permesso rispetto al default di Unix che e’ 666 per i file e 777 per le directory. 

Per cui ad esempio:

  umask 002 

sottrae i permessi wx alla terza tripletta (others) quindi
i nuovi file avranno permessi 664 mentre le directory avranno 774


==== Visualizzare i file con cat, less, head e tail ====

Il comando **cat** concatena e visualizza sullo schermo il contenuto di
uno o piu’ file: 

  cat file1 file2

I comandi **more** e **less**, mediante opportuni comandi a carattere,
consentono il controllo dell’area visibile, consentendo lo
spostamento verso l’inizio o la fine del file, e ricerche di stringhe

I comandi **head** e **tail** consentono di visualizzare le 10 righe in testo
o in coda al file.

Una opzione interessante del comando tail e’ -f la quale mantiene
aperto il file e quindi consente di visualizzare in tempo reale
eventuali nuovi accodamenti al file.

==== Cercare informazioni sui file ====

Il comando whereis cerca la locazione di un programma tra i sorgenti,
eseguibili e i manuali:

  whereis [-bms] <comando>
  which <comando>

Il comando which cerca il path completo o l’alias di un comando.

Il comando du (disk usage https://www.tecmint.com/check-linux-disk-usage-of-files-and-directories/ ) ritorna l'utilizzo di file e directory. Esempi:
    
  du -ha $HOME/html
  du -ca $HOME
  du -ca $HOME/
  du -hd1 $HOME --exclude=tsclient/* | sort -n | tail
  
==== Archivi e compressione ====

Il comando **tar** consente di gestire archivi:

  tar -cf <nomearchivio> file_da_archiviare # crea
  tar -tf <nomearchivio> # mostra il contenuto
  tar -xf <nomearchivio> # estrare un archivio

  Esempio: tar –xf miobackup.tar restore/


Il comando **gzip/gunzip** permette di comprimere/decomprimere un file
(utilizzando la codifica Lempel-Ziv). Esempi: 

  gzip myfile # genera myfile.gz
  gunzip myfile.gz # ripristina myfile

Il comando tar –czf crea un archivio e lo comprime con gzip (.tar.gz)

Il comando tar –xzf estae un archivio compresso



==== Metacatatteri per il pattern matching ====

All’interno di nomi di file possiamo includere dei caratteri speciali
permettono di riferirsi a diversi nomi di file con un’unica stringa:

  ? -> Qualunque singolo carattere al posto di ?
  * -> Qualunque stringa di caratteri al posto di *
  [set] -> Qualunque singolo carattere incluso nel set
  [!set] -> Qualunque singolo carattere tranne quelli inclusi nel set

Se la Bash trova un nome di file contenente Metacaratteri lo espande con
tutti i nomi che soddisfano (match) la sintassi. Esempi:

  ls c?t equivale a ls cat cbt cct cdt ecc.
  ls c*t elenca tutti i file che iniziano per c e finiscono per t.
  ls c[au]t equivale a ls cat cut
  ls c[!a-z]t elencai file di 3 carat. che iniziano per c e terminano per t escludendo le minuscole.
  c{ha,oa}t rappresenta le stringhe chat e coat

==== Descrittori di file per l'I/O ====

Ogni processo possiede un certo numero di file aperti con cui puo’ scambiare
(leggere o scrivere ) dati. Ad ogni file aperto corrisponde un descrittore
che e’ identificato da un numero. Esistono sempre almeno tre descrittori
per ogni processo:
  * 0 = standard input;
  * 1 = standard output;
  * 2 = standard error.

Per i processi interattivi (shell) lo standard input e’ associato alla tastiera,
mentre output e error sono associati al video.

Le shell supportano la possibilita’ di redirigere questi canali di I/O verso file.


==== Metacaratteri per la redirezione dell'I/O ====
<code>
cmd [n]> filename     Redirezione dell’output (new file) (default n=1)
cmd [n]>> filename    Redirezione dell’output (append) (default n=1)
cmd [n]< filename     Redirezione dell’Input (default n=0)
cmd [n]<&m            Unione del descrittore n ad m (default n=0)
cmd [n]>&m            Unione del descrittore n ad m (default n=1)
cmd1 << end           Redirezione dell’input dalla linea di comando (here document)

Esempi:

wc << end
uno due tre
end

wc << fine > miofile
prova 
fine

cat miofile1 miofile2 >a 2>b
cat miofile1 miofile2 >a 2>&1 (stderr unito a stdout, ovvero al file a)
</code>

Se miofile1 esiste e miofile2 non esiste, nel primo caso miofile1 viene ricopiato in a mentre in
b va il messaggio di errore, nel secondo caso viene tutto scritto in a

====Metacaratteri per la gestione dei processi ====
<code>
cmd1 ; cmd2   Esecuzione in cascata di 2 comandi
cmd1 & cmd2   Esecuzione concorrente di 2 comandi
cmd1 | cmd2   Esecuzione in “pipe” di 2 comandi (l’output del primo e’ input per il secondo)
cmd1 && cmd2  Il secondo comando e’ eseguito solo se il primo termina con successo (codice di ritorno uguale a 0)
cmd1 || cmd2  Il secondo comando e’ eseguito solo se il primo ha un codice di ritorno non nullo
</code>

==== Altri metacaratteri ===

  # Introduce un commento
  () Raggruppamento di comandi
  \ Il comando continua nella riga successiva

Esempi:
  (cat a b 2> /dev/null && (echo file presenti > tmp) ) || \
  (echo manca un file > tmp)



==== Quoting ====


Il meccanismo di quoting e’ utilizzato per inibire l’effetto dei metacaratteri.
Ci sono 3 tipi di quoting:

  * Meccanismo con Escape (\) il quale inibisce l’effetto del metacarattere seguente.

  cp file file\?

  * Tutti i metacaratteri presenti in una stringa tra singoli apici perdono l’effetto speciale.

  cat file 'file*'

  * I metacaratteri per l’abbreviazione del pathname in una stringa tra doppi apici perdono l’effetto speciale.

  cat file "file*"


====I processi e la memoria virtuale====


Ogni processo ha un PID (Process ID)

Ogni processo puo’ generare nuovi processi detti figli

La radice della gerarchia di processi e’ il processo init con PID=1 ( vedi comando "pstree" )

Il comando ps fornisce i processi presenti nel sistema.

Per elencare tutti i processi ps –el
<code>
ps -el
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
100 S 0 1 0 0 68 0 - 328 do_sel ? 00:01:05 init
040 S 0 2 1 0 69 0 - 0 contex ? 00:00:00 keventd
S=stato (T=stopped, S=Sleeping, R=running) PRI=Priority SZ=mem. virtuale
(text+data+stack) WCHAN=evento su cui il processo e’ sleeping
</code>



==== Background dei processi ====


Ogni comando assegnato alla shell viene eseguito all’interno di un nuovo processo
creato appositamente (a meno che non sia un comando interno).

  Esercizio: Spiegare la differenza dell’output tra ps & ps e ps ; ps

Il processo della shell rimane sospeso fino alla terminazione dei processi che ha
generato. Il processo figlio e’ detto in modalita’ Foreground e puo' essere
terminato premendo ctrl/C.

  Esercizio: Provare xterm e quindi ctrl/C


Se il comando ( sequenza di comandi) e’ terminato dal carattere & il processo
generato e’ eseguito nella modalita’ Background. In questa modalita’ il processo
genitore non rimane sospeso, ma continua la propria esecuzione in parallelo al
figlio.

Esercizio: 
  xterm&

L’esecuzione di un processo Foreground puo’ essere terminata (ctrl/C) o sospesa
(ctrl/Z). Un processo sospeso puo’ tornare in Foreground con il comando fg
oppure puo’ passare in Background con il comando bg.


Il comando "jobs" mostra l’elenco dei processi in Background o sospesi.

Esempi: 
   xterm (ctrl/z)
   xclock&
   xeyes&
   jobs
   kill %1       
   fg   %3


==== Priorita' con nice e renice ====

Il sistema operativo gestisce i processi attivi mediante un meccanismo dinamico di
priorità: ogni processo possiede una priorità di Base che viene modificata runtime
dal sistema oparativo in funzione dello stato del processo.

La priorità può essere aggiustata da nice nel campo di variazione tra -20
(la più alta priorità) a +19 (la più bassa). L'utente (non amministratore) puo' solo
diminuire la priorita' dei propri processi (aumentando il nice).

==Esercizio==

  (xterm&) ; (nice xterm&) ; (nice -n 19 xterm&); ps -el

L'utente puo' modificare il nice di un proprio processo in esecuzione con il comando renice. 

  Esempio: renice 19 10618 (10618 e' il pid)








==== Temporizzare i comandi con crontab ====

Con crontab possiamo stabilire l'esecuzione periodica di un comando.

Per listare tutte le temporizzazioni impostate sull'host:
  crontab -l # mostra il crontab impostato

Formato (vedi man 5 crontab per la sintassi del file di configurazione):

   Minuto Ora Giorno-mese Mese Giorno-Settimana comando

Esempio:

  00 01 * * 1 "/bin/ls /etc > /tmp/ls.txt"
  #esegui il comando "/bin/ls /etc > /tmp/ls.txt" tutti i lunedi alle ore 01:00
 
Per editare la lista dei crontab si usa il comando
  export EDITOR=nano
  crontab -e
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