Lab 05: Linux 哲学践行

1. 实验目标

能力交付:

能够通过 /proc 和 /sys 文件系统获取系统信息（验证「一切皆文件」）。
能够使用 sysctl 查看、临时修改、持久化内核参数（体验「参数即文件」）。
能够构造多级管道命令，从原始文本数据中精确提取目标信息。
能够用 Unix 三大哲学支柱分析真实工具的设计理念。
建立从「会用」到「理解设计」的系统思维。

2. 实验环境说明

本实验需在三种环境中完成，核心目标是体验「同一哲学在不同环境中的体现与差异」：

环境	/proc & /sys 访问	sysctl 修改	注意事项
WSL2 Ubuntu 22.04	完整	有 root	内核信息反映 Windows 层；PID 1 可能非 systemd
VirtualBox Ubuntu 24.04	完整	有 root	网络接口名可能为 ens33/enp0s3 而非 eth0
共享服务器	受 ACL 限制	无 root	A6 改为只读分析模式（见题目说明）

温馨提示：三种环境的差异不是 Bug，而是本实验的 Feature。当你发现某个命令在不同环境表现不同时，恭喜你正在亲身体验「一切皆文件」在权限与隔离层面的真实含义。

3. 任务清单

任务 A: 一切皆文件 — 系统信息寻宝

用「只能读文件」的方式回答以下系统信息问题。

禁止使用 ps、free、lscpu、nproc、ip、ifconfig、df 等专用工具。 只能使用 cat、head、grep、awk、wc 等通用文本工具读取 /proc 和 /sys 下的文件。

A1: CPU 核心数

只看 /proc/cpuinfo，回答：系统有多少个 CPU 核心？

环境差异提示：WSL2 中 /proc/cpuinfo 显示的是宿主 Windows 的 CPU 信息，可能与 VirtualBox 分配的 vCPU 数量不同。请在三种环境中都执行并对比。

A2: PID 1 的真面目

只看 /proc/1/status，回答：PID 为 1 的进程名称（Name 字段）和当前状态（State 字段）是什么？

环境差异提示：WSL2 中 PID 1 可能是 init 而非 systemd；共享服务器中受 ACL 限制，你可能无法读取所有字段——记录你实际能读到的内容和报错信息。

A3: 可用内存

只看 /proc/meminfo，回答：系统当前可用的物理内存是多少 MB？（提取 MemAvailable 的值并换算）

A4: 文件描述符上限

只看 /proc/sys/fs/file-max，回答：系统支持的最大同时打开文件数是多少？

A5: 网络接口统计

只看 /sys/class/net/ 下的文件，回答：默认网络接口的已发送（tx_packets）和已接收（rx_packets）数据包数分别是多少？

环境差异提示：不同环境的网络接口名不同。先 ls /sys/class/net/ 查看有哪些接口，再进入对应目录查找 statistics/。

A6: 内核参数调优（分级任务）

有 root 环境（WSL2 / VirtualBox）：

用 sysctl 查看 net.ipv4.ip_forward 当前值
用 sysctl -w 临时开启 IP 转发并验证
写一条永久配置规则到 /etc/sysctl.d/ 并验证重启后生效

无 root 环境（共享服务器）：

用 sysctl -a 查看所有可读参数，找到 net.ipv4.ip_forward 的当前值
尝试执行 sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1，记录报错信息
分析：为什么普通用户不能修改内核参数？这与「一切皆文件」有什么关系？（提示：ls -l /proc/sys/net/ipv4/ip_forward）

加分项：记录三个环境中 A6 操作结果的差异，并分析「文件权限如何保护系统安全」（2-3 句话）。

每题提交要求：

写出你使用的完整命令
粘贴命令输出（三个环境都要记录）
简要说明「这个信息为什么能从文件中获取」（1 句话，指向哲学原则）
标注三种环境的差异（如有）

任务 B: 文本流的威力 — 管道挑战赛

下载统一数据文件 system-snapshot.txt，它模拟了一份系统状态快照，包含四个区域：

SYSLOG — 模拟日志（含 INFO / WARN / ERROR 三种级别）
PROCESS — 模拟进程列表（ps aux 格式）
DISK — 模拟磁盘信息（df -h 格式）
NETWORK — 模拟网络接口统计

每道题指定目标输出格式，你需构造 一条管道命令 精确产生该输出。

温馨提示：每道题的答案在三种环境中完全相同——因为数据是统一的。鼓励你在自己系统上也尝试类似的管道分析（如分析 /var/log/syslog），记录在「拓展探索」中可获加分。

B1: ERROR 日志筛选

从 system-snapshot.txt 中筛选所有 ERROR 级别的日志行，只输出日志的日期（第一个字段）和 错误信息（ERROR 之后的所有内容）。

目标输出格式（前 3 行示例）：

2026-01-15T08:01:12 Failed password for invalid user admin from 10.0.0.15 port 34522 ssh2
2026-01-15T08:01:14 Failed password for invalid user admin from 10.0.0.15 port 34523 ssh2
2026-01-15T08:03:45 upstream timed out (110: Connection timed out) while connecting to upstream

提示：注意过滤掉以 # 开头的注释行。

B2: 每服务 ERROR 计数

统计每个服务出现的 ERROR 次数，按次数降序排列。

目标输出格式：

12 nginx
10 sshd
 3 docker
 2 cron
 1 systemd

提示：日志格式为 日期主机服务名[PID]: LEVEL ...，需要提取服务名部分。

B3: 磁盘使用率 Top 3

找出磁盘使用率最高的 3 个分区，输出 使用率 和 挂载点。

目标输出格式：

95% /archive
90% /data
70% /

B4: 内存占用 Top 3 进程

找出占用内存（%MEM）最大的前 3 个进程，输出 内存百分比 和 进程命令名。

目标输出格式：

15.6% /usr/sbin/mysqld
8.3% /usr/bin/dockerd
4.2% nginx: worker process

提示：进程数据区域以 USER PID %CPU %MEM ... 开头，注意跳过表头行和注释行。

B5: 综合统计（进阶）

用一条管道命令输出：错误最多的服务名 和 错误总数，格式为 服务名数量。

目标输出：

nginx 12

提示：在 B2 的基础上继续管道。

每题提交要求：

写出你的管道命令
粘贴输出结果
简要说明管道中每个工具「做了哪一件事」（体现「做好一件事」原则）

任务 C: 回顾与反思 — Unix 哲学在我身边

回顾 Lab 01 ~ Lab 04，选择 3 个 你印象最深的工具或操作，分析它们如何体现 Unix 三大哲学支柱。

要求：

每个工具/操作至少关联一个哲学原则（「一切皆文件」「做好一件事」「文本流」）
结合你自己的操作经历举例（引用你在前几个 Lab 中使用的具体命令）
总字数 200-400 字

参考方向（不给出完整答案，请用自己的语言组织）：

SSH 密钥认证与 ~/.ssh/config → 文本流？配置即文件？
chmod / setfacl → 权限即文件属性？
grep | sort | uniq -c | sort -rn → 做好一件事 + 文本流？
Docker 容器 → 一个容器做一件事？
systemd 服务管理 → 配置文件驱动？

4. 提交要求

提交 lab05/report.md：

任务 A: 每题三个环境的命令、输出、环境差异说明、哲学原则说明。
任务 B: 每题的管道命令、输出结果、工具职责说明。
任务 C: Unix 哲学反思（200-400 字）。
操作录屏: asciinema 录屏转存文件 .cast（建议命名 lab05/lab05.cast，便于后续转为 text 进行智能批改）。
问题复盘: 记录在实验过程中遇到的至少 1 个问题及解决方法。