第一章 Linux入门初步

第零章补充：如何快速在Windows终端中打开某个目录
除了可以通过cd 命令打开目录，还可以在已经打开的文件夹中右键空白处选择在终端打开实现快速打开终端并进入这个目录

#前言

经过第零章的基础铺垫，相信大家已经掌握了一些作为一名开发者在Windows下的基本素养。如果说Windows是我们日常生活的”舒适区“，那么Linux便是我们作为工程师的”作业区“。
在飞行器控制、机器人和人工智能等领域，Linux拥有绝对的统治地位。不仅如此，日常生活中我们其实一直在与Linux打交道，你手机上的app，浏览的各种丰富多彩的网页，背后的服务器基本都是在Linux系统上运行着的。因此，学会使用Linux是几乎每位开发者必备的技能，更是我们今后最常用最基础的工具平台。
过去，想要学习 Linux 往往意味着要在“双系统”的折腾中重装无数次电脑，或者忍受虚拟机的卡顿。但幸运的是，你们如今拥有了Windows下最好用的Linux开发环境——WSL (Windows Subsystem for Linux)。
本章的目标非常明确：在你的 Windows 电脑里，无缝嵌入一个高性能的 Linux 开发环境。 在这个章节中，我们将不再依赖鼠标和图标，而是开始学习如何用键盘打出命令与代码和计算机对话。别担心命令行的枯燥，这将会是通往高阶开发的必经之路。

#第一节什么是Linux

Windows，是我们从刚接触电脑后最熟悉的朋友，它像一个装修精美、服务周到的精装房——你只需要点击图标，一切都为你准备好了。
而 Linux，更像是一个工具齐全的机械加工车间。

核心概念：内核与外壳
严格来说，Linux 只是一个内核 (Kernel)，它是操作系统的“心脏”，负责管理 CPU、内存和硬件驱动。但我们通常所说的“Linux”，是指基于 Linux 内核的一整套操作系统（如 Ubuntu, Debian, CentOS）。

作为初步入门教程，我们不需要你去详细理解记住操作系统的历史，你目前只需要理解 Linux 系统的两个核心组成部分：

内核 (Kernel)： 它是整个操作系统的心脏和大管家，需要极其稳定、高效。它的作用：管理硬件：你的 CPU 该先算哪个线程？内存该分给谁？网卡收到的数据该给哪个程序？全是内核说了算；提供驱动：就像飞控需要驱动电调和电机一样，内核负责让上层软件能指挥得动底层的显卡、硬盘和 USB 设备。
外壳 (Shell)： 包裹在内核外面，是用户（User）和内核之间的中间层。它是翻译官和指令发送器。因为内核听不懂人话（它只懂系统调用 System Calls），所以我们需要 Shell。这是我们与内核对话的窗口。在 Windows 里，你用鼠标点击；在 Linux 里，我们更多时候使用命令行 (Terminal)。
- 想象一下： 鼠标点击只能执行Windows预设好的功能（就像开自动挡的车）；而输入命令则能让你精确控制系统的每一个细节（就像开手动挡赛车，虽然上手难，但上限极高）。

#我们为什么要使用Linux？

可能大家会有一个疑问，Windows这么方便我们为什么还要使用Linux呢？
作为日常使用的操作系统，Windows 无疑是优秀的——它界面华丽、软件丰富、服务周到。但在 科研界、服务器机房 以及 实验室 的开发环境中，Linux 才是绝对的“通用语”。这并非是因为工程师们喜欢“特立独行”，而是由 工程需求的本质 决定的。

拒绝“强制消费”：资源效率与 Headless 模式
- Windows 的逻辑： 它假设你是一位需要视听享受的用户。因此，无论你是否需要，它都会加载桌面窗口管理器、动画特效、后台更新服务、打印机服务、音频服务……这就像你想买一瓶水，超市却强制你买下一整个购物车的商品。
- Linux 的逻辑： 它假设你是一位追求极致效率的工程师。Linux 服务器和科研工作站通常运行在 Headless（无头）模式 下——即没有图形界面。
- 这对我们意味着什么？ 当我们在跑深度学习训练或高保真物理仿真（如 Gazebo）时，操作系统本身占用的资源极少，几乎 100% 的 CPU 和内存都能服务于你的算法，而不是浪费在渲染漂亮的窗口动画上。
这两张图分别是Windows11(新系统)和Ubuntu20.04系统在重启后不手动打开任何应用后台内存占用情况，Windows11开机便有3G左右的内存占用，而Ubuntu开机后只有1.24G左右的内存占用(如是新系统会更少，甚至可以达到500MB左右)
只有你才能决定何时休息: 稳定性与控制权
- Windows 场景： 你让电脑跑了三天的仿真，结果在半夜两点，Windows 触发了“自动更新”，强制重启了电脑。第二天早上你看到空荡荡的桌面…
- Linux 场景： Uptime (在线时间) 是 Linux 服务器的勋章。除非你亲自输入 reboot 命令，否则它绝不会擅自中断任务。这种“确定性”是科研工作的基石。
  
  世界上最繁忙的服务器往往几年才重启一次。
生态霸权：飞控以及众多开发的“母语”
除了性能，还有一个更现实的原因：我们这个圈子的顶级工具，都是“Linux 优先”的。
- ROS (Robot Operating System)： 虽然 ROS 2 开始支持 Windows，但在 Linux 下的库兼容性和运行效率依然是碾压级的。
- 开源飞控 (PX4 / ArduPilot)： 编译固件时，Linux 下的工具链（Toolchain）配置只需一行命令，编译速度通常比 Windows 快 20%-50%。
- 机载计算机： 当你以后做真机实验，无人机上搭载的 Raspberry Pi、Jetson Orin 或 NUC，运行的统统都是 Linux。
自动脚本的力量
Windows 擅长图形化“点击”，Linux 擅长脚本“批处理”。假设你需要分析 1000 个无人机的飞行日志文件（.ulg），找出所有“高度掉落超过 2米”的数据段：
- Windows 做法： 打开软件 -> 导入文件 -> 等待 -> 人眼筛选 -> 甚至可能需要 Excel……进行复杂的各种函数计算操作。
- Linux 做法： 写一行包含 grep 或 awk 的脚本命令，回车，去喝杯咖啡，回来拿结果。

“开源”对科研的意义：
开发科研方面使用Linux居多还有一个原因是因为这个系统是完全开源的；“为什么它是开源的这点很重要？因为当你以后做深层次的飞控算法研究或者其它深入的开发时，你可能会发现系统自带的驱动满足不了你的实时性要求。在 Windows 下你只能干瞪眼，但在 Linux 下，你可以直接修改内核源码，编译一个属于你自己的操作系统。这就是科研自由。”

#为什么我们要使用 Ubuntu？

既然 Linux 只是个内核（发动机），那我们没法直接开着发动机上路。我们需要有人把发动机、轮胎、内饰、音响组装成一辆完整的车——这就是发行版 (Distribution)。
不同的发行版就像不同的汽车品牌：

RedHat/CentOS: 像是重型卡车。稳定、保守，服务器用了十年都不换，但软件版本通常很旧。
Arch/Manjaro: 像是改装赛车。最新、最快，但也容易翻车（滚挂），适合老手折腾。
Ubuntu: 像是丰田卡罗拉或者大众高尔夫。它在易用性、兼容性和稳定性之间找到了完美的平衡。
在我们未来的教程中，统一使用 Ubuntu (20.04 或 22.04 LTS)。因为它是 ROS (机器人操作系统) 和 PX4 飞控开发的首选平台，社区资源最丰富，遇到问题最容易在 Google 搜到解决方法。

#第二节安装配置WSL

前提条件： 开启虚拟化支持（BIOS设置）。只要你没有自行修改过BIOS，此处应该都是默认开启的，如果希望确认一下或者重新开启该功能，请搜索自己的电脑品牌型号+BIOS开启虚拟化支持关键字来寻找教程，由于各个品牌型号这一步都不一致，因此在此不再赘述
另外：我们后续会用到大量外部网络资料，因此我们默认你已经使用了科学方法进行互联网连接，如果你还没有，请咨询同学或者学长

你可以参考文档安装 WSL | Microsoft Learn（注意安装Ubuntu-20.04版本），或者继续跟着本文章进行安装（建议读一读文档）
首先，右键开始按钮选择 终端管理员 打开管理员模式下的终端，
输入wsl --install，耐心等待所有下载安装全部完成（如果不开代理的话这一步会比较慢，请耐心等候）
一切顺利的话会看到请求的操作成功。直到重新启动系统前更改将不会生效提示，请重启电脑
完成重启后打开终端，输入wsl，可以看到我们已经成功安装了wsl
并且wsl提示我们还没有安装分发（系统）。接下来，请输入wsl --install Ubuntu-20.04 --web-download来安装Ubuntu-20.04（使用参数--web-download来规避缓慢的Microsoft Store，详见参数说明WSL 的基本命令 | Microsoft Learn）

wsl所需要的空间较大，且后续安装软件也会增加其体积，请至少确保有50G空闲空间，wsl --install默认安装在C盘，你可以通过添加参数--location来指定安装位置
等待安装完毕，启动进入系统，会让你设置username（用户名），和password（密码）。
注意：Linux的安全机制是你在输入密码时看不到你输入的任何内容，因此只要保证你的窗口处于激活状态（即焦点在该窗口上），输入密码并按回车即可。

此处建议简单账号+简单密码即可
按照提示注册好后你便进入到了Ubuntu20.04的Shell界面
上面会输出一些系统信息，可以阅读一下，看看都有哪些信息。接下来，看到这里，$ 后面便是你要输入命令的地方。
接下来，为了更好的使用wsl，我们需要对它进行一些配置。
首先，配置wsl镜像你的网络以便局域网访问你的wsl和同步主机代理
参考文档使用 WSL 访问网络应用程序 | Microsoft Learn
首先，打开Windows用户主文件夹：win+R打开运行，输入%USERPROFILE%
新建文件.wslconfig，写入内容
1
2
3
4
5
[wsl2]
networkingMode=mirrored
dnsTunneling=true
firewall=true
autoProxy=true
新打开一个管理员模式的终端，键入命令
1
Set-NetFirewallHyperVVMSetting -Name '{40E0AC32-46A5-438A-A0B2-2B479E8F2E90}' -DefaultInboundAction Allow
以配置 Hyper-V 防火墙设置，使其允许入站连接
具体.wslconfig配置含义可以查看文档WSL 中的高级设置配置 | Microsoft Learn
重启wsl
在终端键入wsl --shutdown将wsl关闭
重新键入wsl启动wsl

#第三节 Linux基础

Linux文件系统结构
Linux系统文件是树型的，根目录/就像树的主干，其它所有目录在它上面延伸，像树枝一样。
其中，/home/<用户名> 是你的用户主目录，其还有一个简称~。输入cd /home/<你的用户名>或者cd ~，会发现$前的目录变成了~，此时输入pwd（查看当前目录）会输出/home/<你的用户名>，此处就是你的用户主目录，基本上你要写的代码、文档等都会放在这里（可以类比Windows中的桌面）。
在此处输入ls -a（显示所有文件）会发现一些隐藏的文件（Linux中.开头的文件默认是隐藏的）此处的.和..目录分别代表着当前目录和上一级目录，请分别cd这两个目录看看会发生什么。
WSL中有一个特殊的目录，请输入cd /mnt，进入Linux系统默认挂载文件系统的地方（这里默认是Linux系统用来挂载外部存储设备的标准位置，例如光驱、USB设备、网络文件系统等），输入ls命令查看目录下的内容，
可以看到有几个小写单字母名称的目录，这些就是WSL自动挂载的你电脑上对应计算机内各个盘符的位置，通过这里就可以访问Windows系统上的文件了

注：请不要在 Linux 里去编译 /mnt/c/ (Windows盘) 下的代码！因为 WSL2 跨系统访问文件的速度很慢。 正确做法： 把代码 Clone 到 Linux 的 ~ (家目录) 下，然后编译。这能让你的编译速度快 10 倍以上。

提示：如果想使用wsl快速打开Windows目录可以通过在指定Windows目录下右键空白处选择在终端打开，终端会打开该文件目录。在该目录下的终端中键入wsl命令可以直接运行WSL并进入该目录

文本编辑器
Windows中我们常用的文本编辑器可能是Windows自带的记事本软件，在Linux中也有一些常用的文本编辑器，我们这里介绍最简单易入门的文本编辑器nano和常用的文件内容查看命令cat，有兴趣的同学可以自行搜索学习vim。
在用户主目录输入 nano helloworld，我们可以看到一个这样的界面
其中，左上方显示当前nano版本信息，正上方为文件名，中间下方显示[ New File ]提示我们这是一个新文件（不存在的文件）,下方两行为快捷键提示。输入HelloWorld!，按下CTRL + O（写入）组合键
可以看到其提示我们写入的文件名，按下回车即可确认（按下CTRL+O和回车这两步可以用CTRL + S这个快捷键代替），最后按下CTRL + X关闭界面。可以看到，我们成功创建了一个helloworld文件。
nano中还有一个常用快捷键：CTRL+W（搜索），请自行依据下方提示尝试这个命令
cat命令是很常用的查看文件内容命令，输入cat helloworld可以看到，我们的文件内容被输出到了终端上。
接下来，请使用nano编辑器修改apt软件源为国内镜像源，输入命令sudo nano /etc/apt/sources.list，将原来的内容全部使用#注释，然后在文件尾部添加文件内容：

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse

保存并退出

软件包管理
Linux中安装软件最常用的是包管理器，APT是较常用的Linux包管理器的一种，包管理器就类似于手机的应用商店，通过apt命令，可以让系统自动取仓库将软件抓取回来并安装配置好。上一节中我们已经为它更换为了国内的镜像源，这里的源就指的是软件仓库，使用国内的镜像源可以获得更快的速度。
执行命令sudo apt update，apt会自动前往线上的源抓取所有的软件列表，并刷新缓存到本地。通常在每次安装新软件时都会先执行该命令来刷新列表。
apt命令apt install <软件包名>安装对应的软件包，请执行命令sudo apt install net-tools来安装网络工具，该工具提供命令ifconfig可以很方便的查看所有网卡网络状态（常用于查询本机IP）
命令apt upgrade用于更新所有已安装的软件，该命令不常用，因为可能会导致配置好的环境被破坏

由于 net-tools ifconfig命令与Linux自带的命令ip a功能相同，最新版的Linux系统已将net-tools软件舍弃，大家也可尝试使用ip a命令查看本机IP地址
权限
如果你在更换环境源那一部分输入了命令nano /etc/apt/sources.list ，你可能会发现底部有一行提示[ File ‘/etc/apt/sources.list’ is unwritable ]，提示你文件不可写入，这里就是因为这个修改这个目录下的文件需要超级管理员（root）权限。Linux下使用超级管理员权限执行命令可以在命令前面加sudo来让命令以超级管理员权限执行。Linux系统可以通过sudo su命令切换到root用户。

注意，Linux中的root用户权限是非常高的，该权限可以操作系统中的所有文件（包括删除系统文件），所以使用该权限请留一个心眼（（（（

chmod +x <文件名>(Change Mode)，该命令为指定文件添加可执行权限，linux系统默认所有新添加的文件都没有执行权限，只要赋予文件执行权限，该文件才可以被执行。请试着在用户主目录内新建一个helloworld.sh脚本文件，并填入内容
1
echo HelloWorld!
当执行试图使用命令./helloworld.sh执行该脚本时，会出现-bash: ./helloworld.bash: Permission denied文件无权限的提示，并且不可用tab键补全文件名。请尝试给它添加可执行权限，并执行它使其在终端输出HelloWorld!

Linux中的命令大部分都可以使用tab键补全和提示，例如输入sudo apt upd后按下tab键，可以自动补全update命令。chmod +x he按下tab键可以自动补全helloworld.sh文件名。请多尝试使用tab键补全，而不是一味的将命令全部打出。
环境变量
Linux中也有一个环境变量，其位置就在用户主目录下的.bashrc，类似于前面介绍的Windows环境变量。使修改后的环境变量立刻生效的指令是source ~/.bashrc
连接wsl与VSCode
只有文本编辑器并不方便我们进行大量的程序改动或者编写，文本编辑器只适合我们对配置文件进行改动和少量程序的快速编写，因此我们需要更强大的编辑器VScode辅助（注意，使用VScode并不代表不需要学习Linux中常用的文本编辑器如何使用，使用Linux中常用的文本编辑器仍是最便捷的选择，VScode只适用于大量的文本修改）
搜索扩展wsl进行安装
安装完成后就会发现远程连接中多了一个wsl目标
点击箭头按钮即可连接
退出wsl
使用命令exit即可退出wsl会话（不是关闭）
在执行sudo su进入root用户后想要退回普通用户也可使用exit命令

#本章任务

依据本章内容将wsl环境配置好，并换好apt软件源。
在用户主目录新建脚本输出Welcome Linux!并执行
安装好net-tools，并使用ifconfig查看本机IP（找到无线网卡的inet字段）

#后记

本章为飞控及视觉后续的基础中的基础，请耐心学习，并勇于探索更多命令，本教程仅仅为基础入门使用。有任何问题请及时反馈。

Written by YangLuoNou Github Blog
2025/12/28