PCS3616 - Laboratório 1 - Introdução ao UNIX 1

Um dos objetivos práticos da disciplina é que você se familiarize com o uso da linha de comando e com sistemas operacionais do tipo Unix, como o Linux. Entre os diversos sistemas que serviriam para este propósito, optamos por usar o Ubuntu, uma distribuição de Linux completa e com uma interface muito amigável para iniciantes.

Ao invés de instalar o Ubuntu diretamente nos computadores do laboratório, ele será executado em uma máquina virtual (virtual machine, ou VM), dentro do Windows. Desta forma, você também irá se familiarizar com o conceito de virtualização, que será abordado nas aulas teóricas.

Comandos Básicos

Aqui começa a primeira atividade entregável da aula.

IMPORTANTE: Este é um tutorial do tipo \"faça junto\" (follow along). A nossa recomendação é que você mantenha a janela em que está lendo este tutorial lado-a-lado com um terminal e vá executando os comandos conforme eles forem apresentados. Esta é a melhor forma (e a menos entediante!) de aprender a usar uma nova ferramenta.

Ao longo deste tutorial, você encontrará diversos exercícios. Para cada exercício, você deverá criar um arquivo com o nome {NÚMERO_DO_EXERCÍCIO}.out (por exemplo, 2_1.out). No primeiro momento recomendamos criar todos os arquivos dentro de uma pasta, ao final desse exercicio explicamos como cria-submeter os arquivos.

A figura abaixo mostra um programa em execução: o shell.

Talvez você já tenha ouvido falar do shell por algum outro nome, como: interpretador de comandos, terminal, linha de comando, console ou TTY. Além desses, o termo \"cmd\" também é comum para quem usa Windows.

A realidade é que cada um destes termos tem um significado diferente, mas não iremos entrar em todos os detalhes agora.

O mínimo que você precisa saber é o seguinte: esta janela está executando um programa genericamente chamado de shell. O shell é um programa que, ao invés de possuir uma interface gráfica (isto é, com botões, menus, janelas e que responde aos cliques do mouse), utiliza uma interface de texto.

Quando o shell é iniciado, ele lê diversos arquivos de configuração para carregar um ambiente de execução para o seu usuário e, em seguida, exibe um prompt (também chamado de prompt de comando), que é algo parecido com isso:

  $

Este prompt indica que o shell está pronto para receber comandos ou instruções sobre o que fazer em seguida.

O prompt não precisa ser apenas o símbolo \$. A maioria dos shells permite que você altere o prompt padrão para exibir outras informações úteis ou para deixar o seu ambiente mais agradável visualmente. Alguns exemplos de prompt personalizados são mostrados abaixo:

# Prompt de um usuário normal
$

# Prompt de um usuário administrador (também chamado de super-usuário,
# superuser ou root)
#

# Prompt com informações adicionais: nome do usuário logado (debora) e
# diretório atual de trabalho (~/Desktop)
debora: ~/Desktop $

# Prompt parecido com o anterior, mas adicionando o horário, o nome do
# computador (hostname) e caracteres de formatação
[ 14:24:12 debora@dell: ~/Desktop ] $

Para saber mais sobre como modificar o seu prompt, consulte a seção Recursos Adicionais.

Repare que, acima, mencionamos algo sobre \"a maioria dos shells\". Pois é, não existe um único shell. No mundo Unix-like (sistemas operacionais do tipo Unix), os mais comuns são o sh (Bourne shell), bash (Bourne again shell), zsh (Z shell), ksh (Korn shell) e o fish (friendly interactive shell). No Windows, os mais comuns são o cmd.exe e o PowerShell.

Todos os shells de Unix possuem funcionalidades similares (mas não necessariamente idênticas). No entanto, a sintaxe de cada pode ser muito diferente da dos demais. Neste curso, vamos falar mais sobre o bash, que é o shell utilizado por padrão no Linux.

Usando apenas o shell, você consegue fazer tudo que quiser no seu computador, como:

• criar arquivos e diretórios (pastas);
• manipular arquivos e diretórios (mover/apagar/renomear/editar/visualizar/criar atalhos);
• instalar/remover/configurar programas;
• criar/remover/editar usuários;
• ler/enviar emails;
• baixar arquivos da Internet;
• acessar outros computadores remotamente; e
• iniciar qualquer aplicação que possua uma interface gráfica (Chrome, Firefox, LibreOffice, leitores de PDF, players de vídeo e música, jogos, etc).

Nesta seção, você irá aprender os comandos básicos para fazer algumas destas coisas. A maioria dos comandos que serão apresentados existe em qualquer sistema operacional do tipo Unix, o que inclui, por exemplo, qualquer distribuição de Linux (como o Ubuntu, que vamos usar ao longo da disciplina), CentOS, RHEL, FreeBSD, OpenBSD e Mac OS X.

Comandos de navegação: cd, pwd, caminhos absolutos e caminhos relativos

pwd (print working directory): imprime o caminho do diretório em que você se encontra.

# Imprime o diretório atual.
pwd

Exercício 2.1: execute o comando pwd no seu terminal e responda: qual o seu diretório atual? (coloque a saída do comando no arquivo de solução, por exemplo: /home/ubuntu/foo no arquivo 2_1.out. Isso pode ser feito redirecionando a saída do terminal para um arquivo usando >, neste caso pwd > 2_1.out).

cd (change directory): usado para ir até diretórios. Quando executado sem argumentos, este comando leva você até o diretório do seu usuário (sua home).

# Vai até o diretório do usuário.
cd

Exercício 2.2: execute o comando cd e, em seguida, execute novamente pwd. Qual é o seu diretório agora?

Observação: O diretório home do usuário é comumente referenciado, no shell, por \$HOME ou \~, como mostrado abaixo.

# Equivalente a executar apenas "cd".
cd $HOME
# ou
cd ~

Você também pode passar, como parâmetro para o cd, um caminho absoluto. Caminhos absolutos são aqueles que começam com /.

# Vai para o diretório /var/log
cd /var/log

# Vai para o diretório /home/ubuntu/Desktop
cd /home/ubuntu/Desktop

O diretório-raiz do sistema de arquivos no Unix, isto é, o diretório de nível mais alto, é o /, o que significa que o comando abaixo também é valido:

# Vai para o diretório-raiz do sistema de arquivos.
cd /

Outra opção ainda é especificar um caminho relativo. Caminhos relativos são concatenados com o seu diretório atual para formar o caminho absoluto final que será considerado pelo comando.

# Vai para /home/ubuntu (caminho absoluto)
cd /home/ubuntu

# Vai para Desktop (caminho relativo). Como o diretório atual era
# /home/ubuntu (por causa do comando anterior), este comando irá levá-lo
# até o diretório /home/ubuntu/Desktop.
cd Desktop

Note que, até agora, estamos navegando sempre \"para baixo\" na árvore de diretórios, isto é, entrando em subdiretórios. E se quisermos navegar \"para cima\" nesta árvore, isto é, chegar em um diretório-pai a partir de um diretório-filho?

Uma possível resposta é: sempre usar caminhos absolutos. Por exemplo, suponha que o seu diretório atual é /var/www/html. Para chegar em /var/www (diretório-pai), você poderia simplesmente fazer cd /var/www, sem problemas. Mas existe outra alternativa: o uso dos diretórios especiais.

Existem dois diretórios especiais, chamados .. e ., que permitem que você se refira ao diretório-pai do seu diretório atual e ao seu próprio diretório atual, respectivamente, sem precisar usar seus nomes reais. Veja os exemplos:

# Vai para o diretório-pai
cd ..

# Vai para o diretório atual (ou seja... continua onde está)
cd .

Usando estes diretórios especiais, você consegue construir caminhos para referenciar qualquer diretório ou arquivo do sistema.

# Atenção! Antes de continuar, tenha certeza de que você entende por que
# todos os comandos abaixo são equivalentes. Se tiver alguma dúvida,
# peça ajuda.

cd /home/ubuntu/Desktop
cd ~/Desktop
cd /home/ubuntu/Desktop/../Desktop
cd /home/ubuntu/Desktop/../../ubuntu/Desktop
cd ~/Desktop/../Desktop/.
cd ~/Desktop/../Desktop/./././.
cd ~ ; cd Desktop

Sidebar: Everything is a file

O Unix segue uma filosofia conhecida como \"everything is a file\" (tudo é um arquivo). Como você vai perceber, não existe nenhuma diferença entre um caminho que leva a um diretório (e.g., /home/ubuntu/Desktop) ou a um arquivo (e.g., /home/ubuntu/Desktop/arquivo). Na realidade, um diretório é um arquivo, apenas de um tipo especial.

Assim, como saber se /home/ubuntu/Desktop/foo é um arquivo normal ou um diretório? Naturalmente, existem comandos para isso! Além disso, os programas que recebem caminhos como /home/ubuntu/Desktop/foo sabem identificar qual é o tipo de arquivo e (na maioria das vezes) fazem a coisa certa.

Sidebar: Comandos aceitam parâmetros e opções

A maioria dos comandos do Unix aceita parâmetros, como é o caso do comando cd visto acima. Além disso, muitos comandos aceitam opções modificadoras, também chamadas apenas de opções. Estas opções normalmente são usadas para a passagem de parâmetros adicionais (opcionais) e para alterar, de alguma forma, o comportamento do programa.

É muito comum (embora não seja uma regra) que as opções tenham um nome \"longo\", começando com --, e um nome \"curto\" ou \"abreviado\", começando com - Por exemplo, muitos comandos aceitam a opção --help ou -h para exibir um texto explicativo sobre o que o comando faz.

Além disso, opções também podem ter um valor associado. Por exemplo, um programa poderia receber o nome do arquivo de saída através de uma opção parecida com --output out.txt ou --output=out.txt. Aqui, o nome da opção é --output e o valor (nome do arquivo de saída) é out.txt, sendo que eles podem ser separado por um espaço ou por =.

Comandos de manipulação de diretórios e arquivos: mkdir, ls, rm, mv, cp

mkdir (make directory): cria diretórios.

# Cria um diretório chamado "foo". Como "foo" é um caminho relativo (pois
# não começa com "/"), o novo diretório será criado dentro do diretório
# atual.
mkdir foo

# Cria um diretório chamado "foo". Como o argumento é um caminho
# absoluto,
# o novo diretório será criado exatamente no local especificado,
# independente do diretório em que o comando for executado.
mkdir /home/ubuntu/foo

Exercício 2.3: crie um diretório chamado las dentro do diretório /tmp usando o comando mkdir. Agora, tente executar o comando novamente. Qual a mensagem de erro que aparece?

ls (list): lista os arquivos de um diretório e, opcionalmente, exibe informações sobre estes arquivos.

# Lista os arquivos do diretório atual.
ls

# Com argumento: lista os arquivos de algum outro diretório (neste
# exemplo, /var/log).
ls /var/log

# A opção "-l" é usada para listar os arquivos no formato "longo",
# mostrando, para cada arquivo, informações como tamanho, data de
# modificação e usuário dono arquivo.
ls -l /

# A opção "-a" é usada para listar todos os arquivos, incluindo arquivos
# ocultos e especiais, como . e ..
ls -a

# Muitas vezes, opções também podem ser combinadas. Neste exemplo, o
# comando ls é chamado com as opções "-l" e "-a" de forma unificada.
ls -la

# A ordem das opções não importa. Assim, este comando é exatamente igual
# ao anterior.
ls -al

# O "*" pode ser usado como um wildcard (literalmente, coringa), para
# encontrar arquivos cujo nome obedece a um determinado padrão.
# Neste exemplo, o comando lista todos os arquivos do diretório atual
# que terminam com ".txt".
ls *.txt

# Lista todos os arquivos que começam com "b" no diretório /bin
ls /bin/b*

IMPORTANTE: a interpretação e expansão do wildcard (*) é realizada pelo shell, antes de invocar o comando ls. Por exemplo, se o diretório contiver os arquivos foo.txt e bar.txt, o comando ls será invocado, pelo shell, com dois argumentos: um para cada arquivo. O ls não tem nem ideia de que você usou um wildcard.

NOTA: No Unix, arquivos ocultos são aqueles cujo nome começa com ., por exemplo: /var/log/.temp.

Exercício 2.4: quais são os diretórios existentes na raiz do sistema de arquivos (/)? Colocar, no arquivo de solução, o nome de cada diretório em uma linha.

Exercício 2.5: quais são os diretórios existentes na pasta \"home\" do seu usuário (\~)? Colocar, no arquivo de solução, o nome de cada diretório em uma linha.

Exercício 2.6: quais são os arquivos ocultos (apenas os ocultos) que existem na pasta do seu usuário? Colocar, no arquivo de solução, o nome de cada arquivo oculto em uma linha.

cp (copy): copia arquivos (lembre-se de que um diretório é um tipo de arquivo!).

# Cria uma cópia do arquivo "foo" com nome "bar".
cp foo bar

# Copia o arquivo "foo" para o diretório /tmp. Note que, como /tmp é um
# diretório, o arquivo será copiado para dentro do diretório, ao invés de
# tomar o lugar do diretório.
cp foo /tmp

# Copia o arquivo "foo" para o diretório /tmp, com o nome "bar".
cp foo /tmp/bar

# Copia todos os arquivos com extensão ".txt" para um diretório de
# backup.
# Note que a "/" no final do nome do diretório (chamada "trailing slash")
# é opcional.
cp *.txt /var/backup/

# Copia recursivamente. Usado para copiar diretórios ao invés de arquivos
# individuais.
cp -r diretorio_origem diretorio_destino

rm (remove): remove arquivos.

# Remove um arquivo chamado "foo"
rm foo

# Remove recursivamente. Usado para remover diretórios.
rm -r bar

mv (move): move arquivos. Também usado para renomear.

# Move arquivo foo do diretório dir1 para o diretório dir2.
# Novamente, a "/" no final é opcional, mas serve para deixar mais claro
# que o destino é um diretório.
mv dir1/foo dir2/

# Move arquivo foo para o mesmo diretório mas com outro nome, isto é,
# renomeia o arquivo.
mv dir1/foo dir1/las

ln (link): cria um link de um arquivo para outro. A forma mais comum de link é o tipo \"simbólico\", equivalente a um \"atalho\" no Windows.

# Cria um link "simbólico": foo é um atalho para las.
ln -s las foo

Comandos de manipulação de arquivos: touch, cat, head, tail.

touch: atualiza a data de modificação de um arquivo. Cria o arquivo, caso ele não exista.

# Cria um arquivo com nome "foo" no diretório do usuário.
touch ~/foo

cat (concatenate): concatena e imprime o conteúdo de arquivos.

# Imprime o conteúdo dos arquivos foo e bar, concatenados.
cat foo bar

head: imprime as primeiras linhas de um arquivo.

# Imprime as primeiras linhas (10 por padrão) do arquivo foo
head foo

# A opção "-n" pode ser usada para indicar um número arbitrário de
# linhas.
head -n 20 foo

tail: imprime as últimas linhas de um arquivo. Análogo ao comando head.

Comandos de busca: grep e find

find: encontra arquivos. Aceita diversas opções para especificar os diretórios de busca, padrões de nomes, tipos de arquivos, etc.

# Encontra e imprime os nomes de todos os arquivos dentro do diretório
# atual e de seus subdiretórios, caso existam. find .
# Encontra apenas arquivos com extensão ".txt"
find . -name "*.txt"

grep (global regular expression print): procura conteúdos (palavras, frases, padrões) dentro de arquivos.

# Procura pelo termo "apple" dentro do arquivo fruits.txt
grep apple fruits.txt

# A opção "-i" pode ser usada para realizar uma busca no modo "case
# insensitive", isto é, considerando maiúsculas e minúsculas da mesma
# forma.
grep -i apple fruits.txt

Comandos administrativos: sudo

No Unix, existem usuários normais e super-usuários. Super-usuários têm permissão para executar qualquer ação no sistema, incluindo aquelas que podem causar danos irreparáveis (por exemplo, apagar arquivos essenciais).

Por motivos de segurança, as pessoas usam a linha de comando sempre como um usuário do tipo \"normal\", isto é, que possui permissões de acesso limitadas---por exemplo, o seu usuário não tem permissão para apagar um driver do sistema operacional, ou ler/editar arquivos que contém senhas de outros usuários. No entanto, se você quiser fazer estas coisas, é possível, desde que você utilize recursos como o comando sudo.

Explicando de uma maneira bastante simplificada, o que acontece é: todos os diretórios e arquivos importantes para o funcionamento do sistema operacional são de propriedade do super-usuário do sistema (normalmente chamado de root).

Usuários normais (como o seu próprio usuário), no modo de operação do \"dia-a-dia\", não têm permissão para alterar arquivos de outros usuários normais, e muito menos do super-usuário do sistema.

No entanto, você pode solicitar permissão para executar ações como se fosse o super-usuário, o que é precisamente o que o comando sudo faz. Qualquer linha de comando que começar com sudo será executada como se o usuário que iniciou a ação fosse o root---portanto, você poderá alterar (quase) qualquer coisa, inclusive coisas que poderão destruir o sistema.

Por exemplo:

# Tenta criar um diretório chamado "foo" na raiz do sistema de arquivos.
# Para um usuário normal, este comando resultará em um erro ("Permission
# denied").
mkdir /foo

# Uma versão do comando que irá funcionar é adicionar "sudo" no início,
# como mostrado abaixo. Note que você precisará informar a sua senha para
# prosseguir.
sudo mkdir /foo

Exercício 2.7: todo usuário tem um home directory (por exemplo, como já vimos, o \$HOME do seu usuário é /home/ubuntu). Qual é o home directory do usuário root? Para descobrir, leia o arquivo /etc/passwd e tente inferir a resposta observando a estrutura do arquivo (cada linha do arquivo se refere a um usuário do sistema). Coloque, no arquivo de solução, o caminho absoluto do diretório home do root.

Outros comandos: man, whoami, date, time, echo.

man (manual): exibe a documentação de um comando, com paginação, quando for o caso.

# Exibe a documentação do comando "ls".
man ls

whoami (who am I?): imprime o nome do usuário.

# Imprime o seu nome de usuário
whoami

# Imprime o nome de usuário do super-usuário
sudo whoami

date: imprime a data e horário atuais.

sleep: suspende a execução pelo número de segundos especificado.

time: cronometra o tempo de execução de um comando e imprime um resumo ao final.

# Cronometra o tempo para executar o comando que dorme por 1 segundo.
time sleep 1

echo: imprime os argumentos recebidos. Estes podem ser constantes ou conter variáveis, e serão interpretados antes de serem impressos.

# Imprime o único argumento informado, que é uma string constante.
echo "Hello, my name is Bob."

# Imprime o único argumento informado, que é uma string com partes
# intepretadas.
echo "Hello! My username is: $(whoami)"

# Imprime os diversos argumentos. Note que, neste caso, o comando "echo"
# recebe 7 argumentos (um para cada termo separado por um espaço). Álém
# disso, o 7o. argumento não é "~", pois, assim como no caso do wildcard
# (visto acima), é de responsabilidade do shell interpretar o "~" e já
# repassar o valor final para o comando.
echo My home folder is located at: ~

Além de todos os comandos apresentados até aqui, existem muitos outros que não teremos tempo de discutir. A seção Recursos Adicionais contém alguns links que você pode usar como referência para descobrir outros comandos úteis e interessantes.

Concatenação de comandos: pipe (|)

ATENÇÃO: esta seção apresenta uma explicação bastante simplificada a respeito da concatenação de comandos. Para uma explicação mais completa, precisaríamos falar a respeito de processos, de seus fluxos padrão (standard streams) e de redirecionamento de entrada e saída (I/O). Infelizmente, não teremos espaço suficiente para cobrir estes tópicos neste documento, mas a seção Recursos Adicionais fornece informações para quem tiver interesse em se aprofundar mais.

Como foi visto anteriormente, muitos comandos aceitam dados de entrada e produzem dados como saída. O pipe, representado pelo caractere |, é uma funcionalidade do shell que permite conectar a saída de um comando à entrada do próximo comando e, desta forma, criar uma cadeia de comandos para alcançar um determinado resultado.

Por exemplo:

# Este comando imprime o nome de todos os arquivos e diretórios no
# diretório ~, incluindo os ocultos.
ls -a ~

# Se quisermos listar apenas os que começam com a letra "D", podemos
# conectar a saída deste comando ao `grep`, como mostrado abaixo.
# Não se preocupe com o "^" por enquanto; você o entenderá melhor
# quando falarmos sobre expressões regulares.
ls -a ~ | grep ^D

# Finalmente, se quisermos ordenar os resultados em ordem alfabética
# decrescente, podemos conectar a saída do `grep` ao comando `sort`,
# passando a opção "-r", que indica ordenação em ordem inversa:
ls -a ~ | grep ^D | sort -r

Shell scripts

O shell, além de ter a capacidade de interpretar comandos individuais, como fizemos até agora, possui uma sintaxe própria que permite que você escreva programas completos na sua linguagem, assim como você poderia escrever e executar um programa em Python, C, Java ou qualquer outra linguagem de programação.

Um programa escrito na linguagem de um shell é chamado de shell script. Um shell script é simplesmente um arquivo de texto que contém sequências de comandos, definições de variáveis, loops, if/else, etc.

Além disso, um shell script pode receber parâmetros quando é chamado e pode interagir com o usuário, lendo dados do teclado e imprimindo dados na tela.

Uma vez que cada shell (sh, bash, ksh, etc) possui uma sintaxe diferente, é importante sempre identificar, na primeira linha de um shell script (conhecida como shebang), qual é o programa correto para executar o arquivo. Por exemplo:

#!/bin/bash

Esta linha indica que o restante do arquivo deverá ser interpretado pelo programa /bin/bash. A ausência do shebang pode fazer com que um programa escrito para o bash, por exemplo, seja interpretado pelo sh, gerando resultados inesperados e/ou erros de execução.

Não iremos descrever toda a sintaxe do bash aqui, mas sugerimos que você consulte a seção de Recursos Adicionais como referência.

Mistério da linha de comando

Faça o download deste arquivo zip.

Coloque o zip em algum diretório dentro da VM (sugestão: \~/Documents/pcs3616/lab1/) e extraia o conteúdo (você pode usar o comando "unzip clmystery-pt-BR-v2.zip").

Em seguida, leia o arquivo README.md, que contém as instruções de como resolver o exercício.

Entrega: enviar um shell script (clmystery.sh) com os comandos que você executou para resolver o mistério (para ajudar com isso, você pode usar o comando "history -w ./clmystery.sh"). O script, quando executado, pode imprimir diversas coisas na tela, mas a última linha da saída deve ser o nome do assassino.

Dica: o arquivo README.md foi escrito no formato Markdown, e pode ser lido com qualquer editor de texto. Um jeito fácil de ler o arquivo final, já formatado, é abri-lo usando o editor VSCode e usar a ferramenta de preview de Markdown deste editor.

Para instalar o VSCode:

1. Execute sudo snap install code em um terminal

2. Espere a instalação e não se assuste com a saída deste comando

Para ler o arquivo no VSCode:

1. Execute code ~/Documents/pcs3616/lab1/ em um terminal;

2. Encontre o arquivo README.md na listagem de arquivos (coluna da > esquerda) e clique para abri-lo;

3. No canto superior direito clique no icone de preview markdown (exemplo abaixo) ou clique Ctrl+Shift+V