Android フレームワーク | Linux の基礎: スタートガイド

Android Frameworkの開発にはLinuxの基礎知識が必要となりますので、以下はLinuxの基礎知識の入門ガイドとなりますので、ご参考になれば幸いです。

1 はじめに

Linux は、フィンランドのプログラマー Linus Torvalds によって 1991 年に開発された、無料のオープンソースオペレーティングシステムです。Linuxオペレーティングシステムは自由度やカスタマイズ性が高く、サーバー、組み込みシステム、モバイル機器などの分野で広く利用されています。

Linux の歴史は、Linus Torvalds が新しいオペレーティングシステムカーネルの開発を開始した 1991 年に遡ります。このカーネルは当初「Freax」と呼ばれ、後に Linux に改名されました。オープンソース運動の台頭により、Linux は徐々に巨大なオープンソースプロジェクトになり、世界中の多くのプログラマーやユーザーの参加を集めています。

Linuxはコンピュータ分野で広く使用されており、サーバーオペレーティングシステム、デスクトップオペレーティングシステム、組み込みシステム、モバイルデバイスのオペレーティングシステムなどとして使用されています。中でもサーバー分野ではLinuxが特に広く使われており、統計によると現在、世界中のWebサーバーの約3分の2がLinuxオペレーティングシステムを使用しています。また、Linuxは科学技術コンピューティング、クラウドコンピューティング、人工知能などの分野でも広く使用されており、現代のコンピュータ分野に欠かせないものとなっています。

Linux コマンドラインを使用して現在の日付と時刻を取得する方法を示す簡単なサンプルコードを次に示します。

date

このコマンドは、次のように現在の日付と時刻を出力します。

Mon Jan 24 15:33:21 CST 2022

ご覧のとおり、Linux オペレーティングシステムには、さまざまなタスクを完了し、作業効率を向上させるのに役立つ多くの強力なコマンドラインツールが用意されています。

2. Linuxファイルシステム

ファイルとディレクトリは、Linux ファイルシステムの最も基本的なコンポーネントです。Linux では、テキストファイル、バイナリファイル、ディレクトリなど、すべてがファイルです。

ファイルとディレクトリの基本概念:

ファイル: Linux では、ファイルは、テキスト、画像、オーディオなどのさまざまな種類のデータを保存できる、順序付けられたデータの集合です。ファイルは、通常のファイルと特殊なファイル (デバイスファイル、リンクファイルなど) に分類できます。
ディレクトリ: ディレクトリは、ファイルの整理と保存に使用されるコンテナであり、ファイルや他のディレクトリを含めることができます。ルートディレクトリは Linux ファイルシステムの最上位ディレクトリであり、すべてのファイルとディレクトリはルートディレクトリから構築されます。

Linux ファイルシステムの階層構造
Linux ファイルシステムは「ツリーディレクトリ構造」と呼ばれる階層構造を採用しています。一般的な Linux ファイルシステムの階層は次のとおりです。

/: ルートディレクトリ。ファイルシステムの最上位にあります。
/bin: システム実行ファイルが保存されるディレクトリ。
/etc: システム構成ファイルが保存されるディレクトリ。
/home: ユーザーのホームディレクトリを保存するディレクトリ。
/lib: システムライブラリファイルが保存されるディレクトリ。
/tmp: 一時ファイルを保存するディレクトリ。
/usr: ユーザープログラムとファイルを格納するディレクトリ。
/var: 変数データファイルを格納するディレクトリ。

一般的に使用されるファイルおよびディレクトリ操作コマンド:

ls: ディレクトリの内容を表示します。
cd: 作業ディレクトリを切り替えます。
pwd: 現在の作業ディレクトリのパスを表示します。
mkdir: ディレクトリを作成します。
touch: 空のファイルを作成するか、ファイルのアクセスおよび変更時刻を更新します。
cp: ファイルまたはディレクトリをコピーします。
mv: ファイルまたはディレクトリを移動します。また、ファイルやディレクトリの名前を変更するために使用することもできます。
rm: ファイルまたはディレクトリを削除します。
cat: ファイルの内容を表示します。
grep: 指定されたパターンをファイルで検索します。
chmod: ファイルまたはディレクトリの権限を変更します。
chown: ファイルまたはディレクトリの所有者を変更します。
chgrp: ファイルまたはディレクトリが属するグループを変更します。

Linux コマンドラインを使用して「example」という名前のディレクトリを作成する方法を示すサンプルコードを次に示します。

mkdir example

上記コマンドを実行すると、現在の作業ディレクトリに「example」という名前のディレクトリが作成されます。次のコマンドを実行して、lsディレクトリが正常に作成されたかどうかを確認できます。

ls

このコマンドは、新しく作成された「example」ディレクトリを含む、現在のディレクトリ内のファイルとディレクトリのリストを表示します。

3. Linux シェル

シェルは、Linux オペレーティングシステムのコマンドラインインタープリタであり、ユーザーとオペレーティングシステムカーネルの間のインターフェイスとして機能します。シェルはユーザーが入力したコマンドを理解して実行し、処理のためにカーネルに渡します。

シェルの概念と役割:
シェルは、オペレーティングシステムと対話するために使用されるコマンドラインインターフェイスです。ユーザーが入力したコマンドを受け取り、実行のためにカーネルに渡し、実行結果をユーザーに返します。シェルは変数、条件ステートメント、ループなどの強力なプログラミング機能も提供しており、ユーザーはタスクを自動化するスクリプトを作成できます。

一般的な Linux シェルタイプ:
Linux にはさまざまなシェルタイプがあり、それぞれに異なる特性と構文があります。一般的な Linux シェルのタイプをいくつか示します。

Bourne Shell (sh): 基本的なコマンド解釈機能を備えた最も初期の Unix シェル。
Bash (Bourne Again Shell): sh をベースに拡張および改良されたもので、現在、ほとんどの Linux システムで使用されるデフォルトのシェルです。
C シェル (csh): 構文と機能は C 言語に似ていますが、より対話的な機能を提供します。
Korn Shell (ksh): sh と csh の機能を組み合わせて、より強力なプログラミング機能を提供します。
Zsh (Z Shell): Bash をベースに拡張して、より多くの機能と構成オプションを提供します。

基本的なシェルコマンドと構文:
シェルコマンドはコマンド名とオプションで構成され、パラメーターを受け入れて対応する操作を実行できます。一般的なシェルコマンドと構文の例をいくつか示します。

ls: 現在のディレクトリのファイルとサブディレクトリを一覧表示します。
cd: 作業ディレクトリを切り替えます。
pwd: 現在の作業ディレクトリのパスを表示します。
echo: 指定した内容を端末に出力します。
grep: テキストファイルで指定されたパターンを検索します。
chmod: ファイルまたはディレクトリの権限を変更します。
if-else文：条件を判断し、条件に基づいて異なるコマンドを実行するために使用されます。
for ループ: 一連のコマンドを繰り返し実行するために使用されます。
変数の割り当てと参照: 変数を使用してデータを保存および参照します。

以下は、Bash シェルを使用して「hello.sh」という名前のスクリプトを作成し、「Hello, World!」を出力する方法を示すサンプルコードです。

#!/bin/bash
echo "Hello, World!"

上記のコードを実行すると「hello.sh」というスクリプトファイルが作成され、echoコマンドを使ってターミナルに「Hello, World!」が出力されます。次のコマンドを使用してスクリプトを実行できます。

bash hello.sh

上記コマンドを実行すると、ターミナルに「Hello, World!」という結果が出力されます。

4. ユーザーと権限の管理

Linux では、複数のユーザーがシステムを同時に使用でき、各ユーザーに独立したファイルとディレクトリが提供されます。システムのセキュリティとデータの整合性を保護するために、Linux はユーザーおよび許可ベースのアクセス制御メカニズムを使用します。

ユーザーとユーザーグループの概念:
Linux におけるユーザーとは、システムを使用する人またはプログラムを指し、各ユーザーは一意のユーザー名とパスワードを持っています。ユーザーグループは、ファイルやディレクトリへの同じアクセス権を割り当てることができる関連ユーザーの集合です。

ユーザーおよびユーザーグループの管理コマンド:
以下は、一般的な Linux ユーザーおよびユーザーグループの管理コマンドの一部です。

useradd: 新しいユーザーを追加するために使用されます。
passwd: ユーザーのパスワードを変更するために使用されます。
usermod: ユーザーアカウントの属性を変更するために使用されます。
userdel: ユーザーを削除するために使用されます。
groupadd: 新しいユーザーグループを追加するために使用されます。
groupmod: ユーザーグループの属性を変更するために使用されます。
groupdel: ユーザーグループを削除するために使用されます。

ファイルとディレクトリのアクセス許可の概念と設定:
Linux では、各ファイルとディレクトリには読み取り、書き込み、および実行のアクセス許可のセットがあります。ファイルとディレクトリのアクセス許可を設定するための一般的なコマンドをいくつか示します。

chmod: ファイルとディレクトリのアクセス許可を変更するために使用されます。
chown: ファイルとディレクトリの所有者を変更するために使用されます。
chgrp: ファイルとディレクトリに属するグループを変更するために使用されます。

ファイルとディレクトリのアクセス許可は、ファイル所有者アクセス許可、グループアクセス許可、およびその他のユーザーアクセス許可という 3 つのアクセス許可ビットのグループで構成されます。各アクセス許可ビットのグループには、読み取り、書き込み、および実行のアクセス許可が含まれており、これらは数字または記号で表すことができます。ここではいくつかの例を示します。

chmod 755 file: ファイル所有者に読み取り、書き込み、および実行権限を設定し、グループおよび他のユーザーに読み取りおよび実行権限を設定します。
chmod u+x ファイル: ファイルの所有者に実行権限を追加します。
chown user:group file: ファイル所有者を user に、グループを group に設定します。

以下は、Linux コマンドラインを使用して「example.txt」という名前のテキストファイルを作成し、その所有者を現在のユーザーに設定する方法を示すサンプルコードです。

touch example.txt
chmod 600 example.txt
chown $USER:$USER example.txt

上記コマンドを実行すると、現在の作業ディレクトリに「example.txt」という名前のテキストファイルが作成されます。このファイルをchmodコマンドで所有者のみが読み書きできるように設定し、chownコマンドで所有者を変更すると、すべてのグループが現在のユーザーに設定されます。

5. プロセス管理

プロセスは、コンピューターシステム内で実行されているプログラムのインスタンスです。各プロセスには独自のメモリ空間があり、他のプロセスと同時に対話できます。Linux には、プロセスを管理し、システムリソースを監視するためのツールとコマンドが豊富に用意されています。

プロセスの概念と特性:
プロセスは実行中のプログラムのインスタンスであり、各プロセスは独自の識別子、ステータス、メモリ空間を持っています。プロセスは他のプロセスと同時に対話して、マルチタスク機能と同時実行機能を実現できます。

プロセスの作成、終了、管理:
Linux では、ユーザーがプロセスを作成、開始、停止、管理できます。一般的に使用されるプロセス管理コマンドの一部を次に示します。

ps: 現在実行中のプロセスを表示するために使用されます。
上: システムリソースとプロセスの使用状況をリアルタイムで監視するために使用されます。
kill: プロセスを終了するために使用されます。
pkill: 名前またはその他の属性に基づいてプロセスを強制終了するために使用されます。
nice: プロセスの優先順位を変更するために使用されます。
renice: すでに実行中のプロセスの優先順位を変更するために使用されます。
nohup: ターミナルが閉じている場合でも、バックグラウンドでプロセスを実行するために使用されます。

一般的に使用されるプロセス管理コマンド:
以下に、一般的に使用されるプロセス管理コマンドとその例を示します。

ps -ef: 現在のすべてのプロセスの詳細情報を一覧表示します。
上: システムリソースとプロセスの使用状況をリアルタイムで監視します。
kill PID: 指定されたプロセスを終了します。PID はプロセスの識別子です。
pkill -f process_name: 名前またはその他の属性に基づいてプロセスを強制終了します。
nice -n 10 コマンド: プロセスを開始し、その優先度を 10 に設定します。
renice 10 PID: すでに実行中のプロセスの優先順位を 10 に変更します。
nohup コマンド &: ターミナルが閉じている場合でも、プロセスをバックグラウンドで実行します。

以下は、Linux コマンドラインを使用して「example.sh」という名前のスクリプトを開始し、バックグラウンドで実行する方法を示すサンプルコードです。

nohup ./example.sh > /dev/null 2>&1 &

上記のコマンドを実行すると、nohup コマンドを使用して「example.sh」という名前のスクリプトが起動され、その出力が /dev/null にリダイレクトされ、その出力がすべて破棄されます。最後に、& 記号を使用して背景に配置します。

6. ネットワークと通信

ネットワークと通信は現代のコンピュータシステムに不可欠な部分であり、Linux はネットワークの構成、ネットワーク接続の確立、さまざまなネットワークサービスとツールを提供するための豊富なツールとコマンドを提供します。

ネットワーク構成およびネットワーク接続コマンド:
Linux では、ユーザーがネットワークインターフェイス、IP アドレス、サブネットマスク、ゲートウェイなどを構成できます。一般的に使用されるネットワーク構成および接続コマンドの一部を次に示します。

ifconfig: ネットワークインターフェイス情報の表示と構成に使用されます。
ip: ネットワークインターフェイス、ルーティング、およびポリシーを構成するために使用されます。
ルート: ルーティングテーブルの表示と設定に使用されます。
ping: ターゲットホストとの接続をテストするために使用されます。
トレースルート: 送信元ホストから宛先ホストまでのデータパケットのパスを追跡するために使用されます。
netstat: ネットワーク接続と統計を監視するために使用されます。

基本的なネットワークサービスとネットワークツール:
Linux は、さまざまなネットワーク機能を実装するための豊富なネットワークサービスとツールを提供します。一般的なネットワークサービスとツールの一部を次に示します。

ssh: 他のコンピュータにリモートでログインし、コマンドを実行するために使用されます。
scp: ローカルコンピューターとリモートコンピューター間の安全なファイル転送に使用されます。
ftp: ローカルコンピュータとリモートコンピュータ間のファイル転送に使用されます。
curl: データを送受信するためのコマンドラインツール。
wget: Web からファイルをダウンロードするためのコマンドラインツール。
nslookup: DNS レコードのクエリに使用されます。
dig: DNS クエリを実行するために使用されます。

リモートログインとファイル転送:
ssh および scp コマンドを使用すると、Linux システムにリモートログインとファイル転送機能を実装できます。ここではいくつかの例を示します。

別のコンピュータにリモートでログインするには:

ssh username@hostname

このうち、username はログインするリモートコンピュータのユーザー名、hostname はリモートコンピュータの IP アドレスまたはホスト名です。

ローカルコンピュータからリモートコンピュータにファイルをコピーします。

scp local_file username@hostname:remote_directory

ここで、local_file はコピーされるローカルファイルへのパス、username はリモートコンピュータのユーザー名、hostname はリモートコンピュータの IP アドレスまたはホスト名、remote_directory はファイルのコピー先のリモートディレクトリです。

リモートコンピュータからローカルコンピュータにファイルをコピーします。

scp username@hostname:remote_file local_directory

username はリモートコンピューターのユーザー名、hostname はリモートコンピューターの IP アドレスまたはホスト名、remote_file はコピーされるリモートファイルへのパス、local_directory はファイルのコピー先のローカルディレクトリです。

上記コマンドのusername、hostname、local_file、remote_directory、remote_fileは実際の状況に応じて置き換える必要があることに注意してください。

7. ソフトウェアパッケージ管理

パッケージ管理は Linux において非常に重要なタスクであり、これによりユーザーはソフトウェアパッケージを簡単にインストール、更新、アンインストールしたり、関連する依存関係を管理したりすることができます。Linux は、さまざまなユーザーのニーズを満たすさまざまなパッケージ管理ツールを提供します。

ソフトウェアパッケージの概念と機能:
ソフトウェアパッケージは、関連するファイルとプログラムのグループであり、通常は実行可能ファイル、ライブラリファイル、構成ファイル、ドキュメントなどが含まれます。ソフトウェアパッケージは簡単にインストール、更新、アンインストールでき、パッケージ間の依存関係や競合も管理できます。

一般的な Linux パッケージ管理ツール:
Linux では選択できるパッケージ管理ツールが多数あります。一般的なツールのいくつかを次に示します。

dpkg: パッケージをインストール、更新、アンインストールするための Debian システムの基本的なパッケージ管理ツール。
apt: Debian システムの高度なパッケージ管理ツールで、自動依存関係解決や更新チェックなどの機能を提供します。
yum: Red Hat システムの主要なパッケージ管理ツールで、自動依存関係解決や更新チェックなどの機能を提供します。
dnf: Fedora や CentOS などのシステムのパッケージ管理ツールで、yum の後継であり、より高速なパフォーマンスとより優れた依存関係の解決を提供します。
pacman: Arch Linux システムのソフトウェアパッケージ管理ツールで、ソフトウェアパッケージの迅速なインストールと更新を提供します。
zypper: openSUSE システムのソフトウェアパッケージ管理ツールで、依存関係の自動解決や更新チェックなどの機能を提供します。

ソフトウェアパッケージのインストール、更新、アンインストール:
Linux のパッケージ管理ツールを使用すると、ユーザーはソフトウェアパッケージを簡単にインストール、更新、アンインストールできます。一般的に使用されるコマンドをいくつか示します。

パッケージをインストールします。

sudo apt install package_name

ここで、package_name はインストールするパッケージの名前です。

パッケージを更新します。

sudo apt update
sudo apt upgrade

最初のコマンドは使用可能なパッケージのリストを更新し、2 番目のコマンドはインストールされているパッケージを更新します。

パッケージをアンインストールします。

sudo apt remove package_name

ここで、package_name はアンインストールするパッケージの名前です。

上記コマンドの package_name は、実際の状況に応じて置き換える必要があることに注意してください。

8. システムログとトラブルシューティング

システムログはシステムの非常に重要な部分であり、システムの実行中に発生するさまざまなイベントやエラー情報が記録され、トラブルシューティングやシステムパフォーマンスの監視に非常に役立ちます。Linux システムには、さまざまな種類の情報を記録するために使用される共通のシステムログファイルがいくつかあります。

システムログの重要性と役割:
システムログは、システム実行時のさまざまなイベント、警告、エラーメッセージを記録し、管理者がシステムの動作状況を理解し、問題を適時に発見して対処するのに役立ちます。システムパフォーマンスの監視とセキュリティ監査など

共通のシステムログファイル:
Linux システムでは、さまざまな種類の情報を記録するために使用されるいくつかの共通のシステムログファイルがあります。

/var/log/messages: システムの一般情報とイベントを記録します。
/var/log/syslog: システムの一般情報とイベントを記録します。通常、さまざまなサービスからのメッセージが含まれます。
/var/log/auth.log: ログインや su/sudo 操作など、ユーザーの認証と認可に関連する情報を記録します。
/var/log/kern.log: カーネル関連の情報とイベントを記録します。
/var/log/dmesg: システム起動時のカーネルメッセージを記録します。

トラブルシューティングと基本的なトラブルシューティング方法:
システム障害または問題が発生した場合、管理者はシステムログファイルを表示して問題を特定して解決することができ、また、次のような基本的なトラブルシューティング方法を実行することもできます。

ログファイルを表示します。

tail -f /var/log/messages

tail コマンドを使用すると最新のシステムログ情報を表示でき、-f オプションを使用するとログファイルの更新をリアルタイムで表示できます。

サービスのステータスを確認します。

systemctl status service_name

systemctl コマンドを使用して特定のサービスの状態を確認し、サービスに異常がある場合は、サービスの再起動またはリロードを試みることができます。

ネットワーク接続を確認します。

ping target_address

ping コマンドを使用してターゲットホストとの接続をテストできます。ネットワーク接続に問題がある場合は、ネットワークインターフェイスを再構成するか、ネットワークデバイスを確認してください。

上記コマンドのservice_nameとtarget_addressの両方を実際の状況に応じて置き換える必要があることに注意してください。

9. 一般的に使用される Linux ツールとテクニック

一般的なテキスト処理ツール:
Linux システムには、テキストファイルの検索、置換、フィルタリングなどの操作を行うための一般的なテキスト処理ツールがいくつかあります。一般的なテキスト処理ツールのいくつかを次に示します。

grep: テキスト内の指定されたパターンの行を検索し、一致した結果を出力するために使用されます。
sed: テキストのストリーミング編集に使用され、置換、削除、挿入などの操作を実行できます。
awk: テキストを 1 行ずつ処理し、特定の操作を実行するために使用され、データ抽出やレポート生成などのタスクに使用できます。

シェルスクリプトプログラミングの基本:
シェルスクリプトは、一連のコマンドを自動的に実行するために使用されるスクリプト言語です。ユーザーがバッチでタスクを実行したり、カスタムツールを作成したりするのに役立ちます。以下は、現在のディレクトリ内のすべてのファイルとフォルダーを出力する簡単なシェルスクリプトの例です。

#!/bin/bash
for item in *; do
    echo $item
done

Linux コマンドラインのヒントとショートカットキー:
Linux コマンドラインには、作業効率を向上させるためによく使用される次のようなヒントとショートカットキーがあります。

Tab キーを使用してコマンドとファイル名を自動補完します。
現在のコマンドの実行を終了するには、Ctrl+C を使用します。
Ctrl+Z を使用して、現在のコマンドをバックグラウンドに移動し、一時停止します。
Ctrl+D を使用して現在のシェルセッションを終了します。
履歴コマンドを使用します。
- 上下の矢印キーを使用してコマンド履歴を参照します。
- n 番目の履歴コマンドを再実行するには、!n を使用します。

これらのヒントとショートカットをマスターすると、Linux コマンドラインでより効率的に作業できるようになります。

10. まとめと展開

推奨される Linux 学習リソース:
Linux を学習する過程で、Linux システムをよりよく習得し、理解するのに役立つ高品質の学習リソースがいくつかあります。以下に、推奨される学習リソースをいくつか示します。

公式ドキュメント: Linux ディストリビューションの公式ドキュメントには詳細な手順とガイドが記載されており、学習のための重要なリファレンスとして使用できます。
オンラインのチュートリアルとコース: Coursera、edX、Udemy など、豊富な Linux 学習リソースを提供するオンラインプラットフォームが多数あります。
Linux コミュニティとフォーラム: Linux 関連のコミュニティとフォーラムに参加して、他の Linux 愛好家とコミュニケーションを取り、経験を共有し、問題を解決してください。

学習トピックと高度なトピックを拡張するための提案:
Linux の基本知識を習得したら、他の関連トピックや高度なトピックをさらに拡張して学習し、Linux 分野の技術レベルを向上させることができます。以下にいくつかの提案を示します。

ネットワーク管理とセキュリティ: ネットワーク、ファイアウォール、セキュリティポリシーの構成方法を学び、一般的なネットワーク攻撃と防御手法を理解します。
高度なシェルスクリプトプログラミング: 関数、プロセス制御、エラー処理などの高度なテクノロジを含む、シェルスクリプトプログラミングの詳細な学習。
システムパフォーマンスの最適化: カーネルパラメーターの調整、ディスクとメモリの使用量の最適化などによってシステムパフォーマンスを向上させる方法を学びます。
自動化と構成管理: Ansible、Puppet、Chef などのツールを使用して、自動化されたデプロイメントと構成管理を実現する方法を学びます。
コンテナとコンテナオーケストレーション: Docker や Kubernetes などのコンテナテクノロジを調べ、コンテナ化されたアプリケーションをデプロイおよび管理する方法を学びます。
クラウドコンピューティングと仮想化: クラウド環境で Linux システムを展開および管理する方法を学び、仮想化テクノロジとクラウドプラットフォームの使用方法を理解します。

これらのトピックと高度なトピックを深く学習することで、Linux システムをより包括的に理解して習得し、キャリア開発の強固な基盤を築くことができます。継続的な学習と練習がスキル向上の鍵であることを忘れないでください。