Linux集群与运维技术

职业教育云计算类课程系列教材

Linux集群与运维技术

郑美容 朱晓彦 顾旭峰◎主 编

黄金凤 胡 晶 程伍端◎副主编

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内 容 简 介

本书参照Linux相关国际认证教材编写方式，参考“HX”职业技能等级认证云计算

平台运维开发相关内容，采用知识内容和典型任务案例相结合的结构，通过9章内容对主

流的Linux系统架构与运维技术进行了全面的介绍，所有内容均经过实际验证，并配有实

训资源包和源代码。

本书可作为“1+X”云计算平台运维与开发职业资格认证相关内容的融通教材，也可

作为高职高专、职业本科、应用型本科的计算机网络技术、云计算技术应用、大数据技术

应用等计算机类相关专业的教材及相关Linux中、高级运维人员的技术参考书。

图书在版编目（CIP）数据

Linux集群与运维技术/郑美容，朱晓彦，顾旭峰主编.—北京:

中国铁道出版社有限公司,2022.6

职业教育云计算类课程系列教材

ISBN978-7-113-28937-9

Ⅰ.①L…Ⅱ.①郑…②朱…③顾…Ⅲ.①Linux操作系统-

职业教育-教材Ⅳ.①TP316.85

中国版本图书馆CIP数据核字（2022）第037178号

书名：Linux集群与运维技术

作者：郑美容 朱晓彦 顾旭峰

策划：翟玉峰          编辑部电话：（010）83517321

责任编辑：翟玉峰许璐

封面设计：郑春鹏

责任校对：孙玫

责任印制：樊启鹏

出版发行：中国铁道出版社有限公司（100054，北京市西城区右安门西街8号）

网  址：/51eds/

印  刷：三河市兴博印务有限公司

版  次：2022年6月第1版 2022年6月第1次印刷

开  本：787 mm×1 092 mm 1/16印张：16.5字数：421千

书  号：ISBN978-7-113-28937-9

定  价：45.00元

版权所有 侵权必究

凡购买铁道版图书，如有印制质量问题，请与本社教材图书营销部联系调换。电话：（010）63550836

打击盗版举报电话：（010）63549461

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前言

从20世纪90年代初至今，Linux操作系统为IT行业做出了巨大的贡献。随着虚拟

化、云计算、大数据时代的到来，Linux更是得以飞速发展，占据了整个服务器行业的

半壁江山，但同时它也面临着巨大的挑战。当今互联网企业多样化的需求、高难度复杂

的业务需要及不断扩展的应用需求，都需要越来越合理的管理模式来保证Linux服务器

的安全、稳定、高可用性，而这些维护离不开Linux运维工作人员的付出。

本书主要根据行业趋势，由浅入深地介绍常用的Linux系统架构和运维技术。全书

分为9章：第1章Linux基础运维与Shell脚本，介绍基本的运维命令和脚本的编写语法；

第2章LAMP与LNMP，介绍Web站点的常见架构和部署调试方法；第3章数据库运

维与集群，介绍基础数据库管理运维及主流读写分离的主从数据库架构与实现；第4章

NoSQL数据库服务，介绍NoSQL缓存数据库的部署与运维；第5章共享存储与分布式

存储，介绍NFS、GlusterFS、Ceph和Swift四种常见的存储架构和运维；第6章集群与

高可用技术，介绍常见的Keepalived，LVS和HAProxy集群和负载均衡软件的部署与运

维；第7章监控服务与自动化运维工具，介绍Nagios和Zabbix监控工具及Ansbile自

动化运维工具；第8章容器高级运维，介绍容器的相关部署与运维；第9章Kubernetes

服务架构与平台，介绍主流的Kubernetes容器平台的应用与运维。

本书参照Linux相关国际认证教材编写方式，每章由知识内容和典型的实训案例相

结合，所有内容均经过实际验证，并配有实训资源包和源代码。

本书参考“1+X”云计算平台运维与开发职业资格认证相关内容，通过任务案例的

方式进行撰写，难度适中、内容丰富，对主流的Linux系统架构与运维技术进行了全面

的介绍，可以作为“1+X”云计算平台运维与开发职业资格认证相关内容的融通教材，

也可以作为高等职业院校计算机网络技术、云计算技术应用、大数据技术应用等计算机

类相关专业的教材及相关Linux中高级运维人员的技术参考书。

本书由具有丰富教学和实践经验的院校老师与行业专家联合编写，三位主编共同设

计教材内容架构。主编郑美容、朱晓彦是“1+X”云计算平台运维与开发职业资格认证

金牌讲师，具有多年Linux教学经验，顾旭峰是南京第五十五所技术开发有限公司“1+X”

云计算平台运维与开发职业技能等级标准及认证体系专家，具有丰富的企业技术经验，

相关编写教师均为专业一线教师。本书具体分工如下：第1、2、3章由朱晓彦编写；

第4章由黄金凤编写；第5章由胡晶编写；第6章由程伍端编写；第7、8、9章由郑美容

I

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Linux集群与运维技术

编写。江苏一道云科技发展有限公司、南京第五十五所技术开发有限公司参与了案例的

设计、提供工作，蔡晨亮、李双霖参与了本书的开发与验证工作，在此一并表示感谢。

由于编者水平有限，疏漏和不足之处在所难免，恳请读者批评、指正。

编者

2021年9月

II

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目录

第1章Linux基础运维与Shell脚本�������12.3.2任务：部署LAMP服务33

2.4开放研究任务：用LNMP架构部署

1.1Linux概述2

WordPress网站40

1.1.1Linux操作系统简介2

小结49

1.1.2如何学习Linux操作系统3

1.2Linux运维命令3第3章数据库运维与集群�����������������50

1.2.1执行帮助文档命令3

3.1数据库服务概述51

1.2.2常用系统工作命令6

3.1.1数据库服务背景51

1.2.3系统状态检测命令8

3.1.2数据库服务原理52

1.2.4文本文件编辑命令11

3.2数据库服务运维52

1.2.5文件目录管理命令12

3.2.1初始化MariaDB服务53

1.3Shell脚本语言13

3.2.2MariaDB数据库运维54

1.3.1vim文本编辑器14

3.3主从复制数据库60

1.3.2Shell基础知识15

3.3.1主从复制数据库服务60

1.3.3Shell常用功能16

3.3.2任务：部署主从复制

1.3.4任务：编写简单的Shell

数据库61

脚本18

3.4读写分离数据库63

1.4开放研究任务：Shell脚本项目

3.4.1读写分离数据库服务63

实施19

3.4.2Mycat中间件服务64

小结27

3.4.3任务：配置Mycat数据库

第2章LAMP与LNMP������������������28中间件65

3.5开放研究任务：构建读写分离

2.1LAMP服务29

数据库集群67

2.1.1LAMP服务的原理29

小结75

2.1.2LAMP服务的架构29

2.2LNMP服务31第4章NoSQL数据库服务���������������76

2.2.1LNMP服务的原理31

4.1NoSQL数据库服务概述77

2.2.2LNMP服务的架构32

4.1.1NoSQL服务背景77

2.3LAMP服务的部署32

4.1.2NoSQL服务简介77

2.3.1LAMP服务解析32

4.2Memcached服务78

I

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Linux集群与运维技术

4.2.1Memcached服务简介79第6章 集群与高可用技术����������������126

4.2.2Memcached服务运维80

6.1Keepalived服务127

4.2.3任务：部署Memcached

6.1.1Linux集群127

服务82

6.1.2Keepalived服务及原理127

4.3Redis服务84

6.1.3任务：部署Keepalived

4.3.1Redis服务简介84

高可用集群130

4.3.2Redis服务运维86

6.2LVS服务135

4.3.3任务：部署Redis服务87

6.2.1负载均衡135

4.4开放研究任务：用Sentinel实现

6.2.2LVS服务及原理136

Redis集群高可用部署91

6.2.3任务：部署DR模式的LVS

小结95

负载均衡138

6.3HAProxy服务142

第5章共享存储与分布式存储�����������96

6.3.1负载均衡类型142

5.1NFS共享存储97

6.3.2HAProxy服务143

5.1.1NFS共享存储概述97

6.3.3任务：部署HAProxy负载

5.1.2NFS工作原理97

均衡集群144

5.1.3任务：部署NFS共享存储98

6.4开放研究任务：搭建Linux

5.2GlusterFS分布式存储101

集群架构之负载均衡148

5.2.1GlusterFS分布式存储概述101

小结155

5.2.2GlusterFS工作原理101

5.2.3任务：部署GlusterFS第7章 监控服务与自动化运维工具�����156

分布式存储1027.1Nagios监控服务157

5.3Ceph分布式存储1107.1.1Nagios服务157

5.3.1Ceph分布式存储概述1107.1.2Nagios工作原理157

5.3.2Ceph工作原理1117.1.3Nagios监控部署158

5.3.3任务：安装Ceph服务1137.2Zabbix监控服务164

5.4Swift分布式存储1157.2.1Zabbix服务和原理164

5.4.1Swift分布式存储概述1157.2.2Zabbix服务安装与运维167

5.4.2Swift服务架构1167.2.3任务：部署Zabbix分布式

5.4.3任务：使用Swift作为监控系统171

后端存储1187.3Ansible自动化运维175

5.5开放研究任务：架构Ceph7.3.1Ansible服务175

分布式存储集群120

7.3.2Ansible任务执行176

小结125

II

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目 录

7.3.3任务：Ansible部署Nginx8.4.2容器编排管理211

服务1778.4.3任务：docker-compose

7.4开放研究任务：Ansible批量编排212

部署LAMP环境1818.5开放研究任务：容器应用

小结185商城系统编排215

小结224

第8章 容器高级运维����������������������186

第9章 Kubernetes服务架构与平台���225

8.1容器技术187

8.1.1Docker容器技术1879.1认识Kubernetes服务226

8.1.2Docker服务原理1889.1.1Kubernetes背景226

8.1.3Docker服务架构1899.1.2Kubernetes原理226

8.1.4任务：Docker引擎的安装1919.1.3Kubernetes架构228

8.2Docker容器管理1949.2Kubernetes集群服务230

8.2.1Docker仓库概述1949.2.1Kubernetes集群概念230

8.2.2Docker镜像的管理和使用1959.2.2Kubernetes集群管理231

8.2.3Docker容器的管理和使用1979.2.3任务：Kubernetes集群

8.2.4Docker存储与网络的使用198部署233

8.2.5任务：Docker容器仓库9.3Kubernetes编排服务240

配置2019.3.1编排文件的概念和语法240

8.3Dockerfile编写2039.3.2资源编排与资源文件编写243

8.3.1Dockerfile简介2039.3.3任务：Kubernetes编排

8.3.2Dockerfile指令204案例247

8.3.3任务：Dockerfile编写案例2069.4开放研究任务：Kubernetes

8.4Docker容器编排210编排WordPress250

8.4.1Docker容器编排简介210小结256

III

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第1章

Linux基础运维与Shell脚本

本章概要

学习Linux操作系统中的基础运维命令，并掌握Shell编程，完成运维脚本的编写。

学习目标

y学习Linux操作系统，了解Linux历史与发展。

y通过学习掌握Linux基础运维命令。

y通过学习掌握Shell编程的方法。

y使用Linux操作系统与Shell编程脚本完成实验。

思维导图

Linux基础运维与Shell脚本Linux概述

Linux运维命令执行帮助文档命令

常用系统工作命令

系统状态检测命令

文本文件编辑命令

文件目录管理命令

Shell脚本语言vim文本编辑器

Shell基础知识

Shell常用功能

编写简单的Shell脚本

Shell脚本项目实施

任务目标

在Linux操作系统中使用基础命令和Shell命令构建运维脚本。

1

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Linux集群与运维技术

1.1 Linux概述

学习目标

学完本节后，您应能够：

y了解什么是Linux。

y了解Linux的产生与发展。

y了解如何学习Linux操作系统。

1.1.1 Linux操作系统简介

1．Linux操作系统介绍

Linux是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多

用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。Linux能运行主要的UNIX工具软件、应用

程序和网络协议，支持32位和64位硬件。Linux继承了UNIX以网络为核心的设计思想，是一

个性能稳定的多用户网络操作系统。

2．Linux的产生与发展

Linux操作系统的诞生、发展和成长过程始终依赖着五个重要支柱：UNIX操作系统、

MINIX操作系统、GNU计划、POSIX标准和Internet网络。

20世纪80年代，计算机硬件的性能不断提高，PC的市场不断扩大，当时可供计算机选用

的操作系统主要有UNIX、DOS和MacOS这几种。UNIX价格昂贵，不能运行于PC；DOS显

得简陋，且源代码被软件厂商严格保密；MacOS是一种专门用于苹果计算机的操作系统。此时，

计算机科学领域迫切需要一个更加完善、强大、廉价和完全开放的操作系统。由于供教学使用

的典型操作系统很少，因此当时在荷兰当教授的美国人AndrewS.Tanenbaum编写了一个操作系

统，名为MINIX，用于向学生讲述操作系统内部工作原理。MINIX虽然很好，但只是一个用于

教学目的的简单操作系统，而不是一个强有力的实用操作系统，其最大的优点就是公开源代码。

全世界学计算机专业的学生都通过钻研MINIX源代码来了解计算机中运行的MINIX操作系统，

芬兰赫尔辛基大学二年级的学生LinusTorvalds就是其中一个。在吸收了MINIX精华的基础上，

Linus于1991年写出了属于自己的Linux操作系统，版本为Linux0.01，是Linux时代开始的标志。

他利用UNIX的核心，去除繁杂的核心程序，改写成适用于一般计算机的x86系统，并放在网

络上供大家下载。1994年推出完整的核心Version1.0，至此，Linux逐渐成为功能完善、稳定的

操作系统，并被广泛使用。

3．Linux与Windows的不同

在中国，Windows和Linux对个人用户都是免费的，对企业用户来说，Windows需要收费，

Linux是免费的。Windows提供了较完善的帮助系统，而大多数Linux用户依靠技术社区来进行

技术支持，他们可以从聊天版和论坛得到有用的信息，缺点是往往需要较长时间才能得到答案。

安全是一个非常重要的问题。这两个系统都有漏洞和潜在的安全问题。许多管理员声称，Linux

比Windows有更多的漏洞，这当然跟它开源有关。不过，如果有一个好的管理员，安全应该不

是一个重大问题。无论使用哪种操作系统，开源就是指对外部开放软件源代码。Linux是开源的，

而Windows并不开源。

2

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第1章Linux基础运维与Shell脚本

1.1.2 如何学习Linux操作系统

首先，当前学习Linux操作系统是不错的选择，一方面Linux操作系统的应用范围比较广泛，

尤其在大数据、物联网和人工智能领域有大量的应用场景；另一方面Linux操作系统是开源的，

可以通过阅读其核心源代码来深入了解操作系统的体系结构和资源管理方式。在当前的大数据、

人工智能时代背景下，不仅IT（互联网）行业的职场人应该学习Linux操作系统，传统行业的

职场人学习Linux操作系统也有一定的积极意义。

学习Linux操作系统通常要经历三个阶段，每个学习阶段有不同的学习方式和学习目标：

第一个阶段是熟悉Linux操作系统的应用，掌握Linux操作系统的安装和运行方式。这个阶

段的学习难度相对比较低，也完全可以通过自学来掌握Linux操作系统的基础应用。

第二个阶段是基于Linux操作系统来完成一些行业应用，如云计算就是一个不错的选择。

其中，通过Linux来完成一些虚拟化操作，也会为理解云计算奠定一个扎实的基础。而在这个过

程中，有助于系统了解Linux操作系统的资源管理方式。Linux在云计算领域的应用是非常普遍

的，而且很多学习Linux操作系统的初学者未来也可以从事云计算运维类岗位。

第三个阶段是基于Linux操作系统进行一些程序设计。这个阶段要了解Linux操作系统的资

源管理方式和程序调度方式，要学习一系列Linux的API，这个过程可以看成是深入学习Linux

操作系统的重要阶段。

1.2 Linux运维命令

学习目标

学完本节后，您应能够：

y掌握执行帮助文档命令。

y掌握常用系统工作命令。

y掌握系统状态检测命令。

y掌握文本文件编辑命令。

y掌握文件目录管理命令。

1.2.1 执行帮助文档命令

1．内建命令与外部命令

内建命令实际上是Shell程序的一部分，其中包含的是一些比较简单的Linux系统命令，这

些命令是写在Bash源码的builtins里面的，由Shell程序识别，并在Shell程序内部完成运行。

通常在Linux系统加载运行时，Shell就被加载并驻留在系统内存中。而且解析内部命令Shell不

需要创建子进程，因此其执行速度比外部命令快，如history、cd、exit等。

外部命令是Linux系统中的实用程序部分，因为实用程序的功能通常都比较强大，所以其

包含的程序量也会很大，在系统加载时并不随系统一起被加载到内存中，而是在需要时才将其

调用内存。通常外部命令的实体并不包含在Shell中，但是其命令执行过程是由Shell程序控制的。

Shell程序管理外部命令执行的路径查找、加载存放，并控制命令的执行。外部命令是在Bash之

3

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Linux集群与运维技术

外额外安装的，通常放在/bin、/usr/bin、/sbin、/usr/sbin等中。可通过echo$PATH命令查看外

部命令的存储路径，如cd、ls等。

[root@localhost~]#typecd

cdisashellbuiltin

[root@localhost~]#typels

lsisaliasedto'ls--color=auto'

[root@localhost~]#typemkdir

mkdiris/usr/bin/mkdir

得到这样的结果说明是内建命令，正如上文所说，内建命令都是在Bash源代码中的builtins

的.def中。

cdisashellbuiltin意思是得到这样的结果说明是外部命令，正如上文所说，外部命令在/usr/

bin或/usr/sbin等中。

2．执行查看帮助命令

（1）help作为内部命令的用法。

[root@localhost~]#helpcd

cd:cd[-L|[-P[-e]]][dir]

Changetheshellworkingdirectory.

ChangethecurrentdirectorytoDIR.ThedefaultDIRisthevalueofthe

HOMEshellvariable.

ThevariableCDPATHdefinesthesearchpathforthedirectorycontaining

DIR.AlternativedirectorynamesinCDPATHareseparatedbyacolon(:).

Anulldirectorynameisthesameasthecurrentdirectory.IfDIRbegins

withaslash(/),thenCDPATHisnotused.

Ifthedirectoryisnotfound,andtheshelloption'cdable_vars'isset,

thewordisassumedtobeavariablename.Ifthatvariablehasavalue,

itsvalueisusedforDIR.

Options:

-Lforcesymboliclinkstobefollowed

-Pusethephysicaldirectorystructurewithoutfollowingsymbolic

links

-eifthe-Poptionissupplied,andthecurrentworkingdirectory

cannotbedeterminedsuccessfully,exitwithanon-zerostatus

Thedefaultistofollowsymboliclinks,asif'-L'werespecified.

ExitStatus:

Returns0ifthedirectoryischanged,andif$PWDissetsuccessfullywhen

-Pisused;non-zerootherwise.

（2）help作为外部命令的用法。

[root@localhost~]#cd--help

-bash:cd:--:invalidoption

cd:usage:cd[-L|[-P[-e]]][dir]

4

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第1章Linux基础运维与Shell脚本

（3）man命令的用法。

man命令可以通过一些参数，快速查询Linux帮助手册，并且格式化显示。并且man命令

没有内建与外部命令的区分。

语法：

man[-adfhktwW][section][-Mpath][-Ppager][-Slist][-msystem][-pstring]

title..

man命令常用参数用法，见表1-1，man命令其他参数用法，见表1-2。

表1-1man命令常用参数

参数参数解释

-a显示所有匹配项

-d显示man查找手册文件的时候，搜索路径信息，不显示手册页内容

-D同-d，显示手册页内容

-f同命令whatis，将在whatis数据库查找以关键字开头的帮助索引信息

-h显示帮助信息

-k同命令apropos，将搜索whatis数据库，模糊查找关键字

-Slist指定搜索的领域及顺序，如：-S1:1phttpd

-t使用troff命令格式化输出手册页，默认：groff输出格式页

-w不带搜索title打印manpath变量。带title关键字，打印找到手册的文件路径，默认搜索一个文件后停止

-W同-w

section搜索领域“限定手册类型”，默认查找所有手册

表1-2man命令其他参数

参数参数解释

-c显示使用cat命令的手册信息

-C指定man命令搜索配置文件，默认：man.config

-K搜索一个字符串在所有手册页中，速度很慢

-M指定搜索手册的路径

-Ppro使用程序pro显示手册页面，默认：less

-Bpro使用pro程序显示HTML手册页，默认：less

-Hpro使用pro程序读取HTML手册，用txt格式显示，默认：cat

-pstr指定通过groff格式化手册之前，先通过其他程序格式化手册

示例如下所示：

[root@localhost~]#manls

-a,--all

donotignoreentriesstartingwith.

-A,--almost-all

donotlistimplied.and..

--author

with-l,printtheauthorofeachfile

-b,--escape

5

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Linux集群与运维技术

printC-styleescapesfornongraphiccharacters

--block-size=SIZE

scalesizesbySIZEbeforeprintingthem;e.g.,'--block-

size=M'printssizesinunitsof1,048,576bytes;seeSIZEformatbelow

-B,--ignore-backups

donotlistimpliedentriesendingwith~

-cwith-lt:sortby,andshow,ctime(timeoflastmodification

offilestatusinformation);with-l:showctimeandsortbyname;otherwise:

sortbyctime,newestfirst

-Clistentriesbycolumns

--color[=WHEN]

colorizetheoutput;WHENcanbe'never','auto',or'always'

(thedefault);moreinfobelow

-d,--directory

listdirectoriesthemselves,nottheircontents

打开手册之后可以通过鼠标滚轮或上下键来进行上下翻看，使用【PgUp】和【PgDn】键进

行上下翻页。使用“/关键字”命令来查找关键字，此时按【n】键，会向下匹配关键字，按【N】

键会向上匹配关键字。

（4）info命令的用法。

info格式的帮助命令，比man以及help，info更为实用。语法如下所示：

选项参数

info()()

选项：

yy-d：添加包含info格式帮助文档的目录。

yy-f：指定要读取的info格式的帮助文档。

yy-n：指定首先访问的info帮助文件的节点。

yy-o：输出被选择的节点内容到指定文件。

参数：

y帮助主题：指定需要获得帮助的主题，可以是命令、函数以及配置文件。

常用快捷键：

y【？】键，显示info的常用快捷键。

y【N】键：显示（相对于本节点的）下一节点的文档内容。

y【P】键：显示（相对于本节点的）前一节点的文档内容。

y【U】键：进入当前命令所在的主题。

y【M】键：按【M】键后输入命令的名称，就可以查看该命令的帮助文档了。

y【G】键：按【G】键后输入主题名称，进入该主题。

y【L】键：回到上一个访问的页面。

y【Space】键：向前滚动一页。

y【Backup】或【Del】键：向后滚动一页。

y【Q】键：退出info。

1.2.2 常用系统工作命令

1．ls命令

ls命令用于列出目录以及所含文件信息及子目录。

6

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第1章Linux基础运维与Shell脚本

所处的工作目录不同，当前工作目录下的文件肯定也不同。使用ls命令的“-a”参数可以

看到全部文件（包含隐藏文件），使用“-l”参数可以查看文件的属性、大小等详细信息。将这

两个参数结合之后，再执行ls命令即可查看当前目录中的所有文件的属性信息：

[root@localhost~]#ls-al

total40

dr-xr-x.3rootroot4096May2408:24.

dr-xr-xr-x.17rootroot4096Apr182017..

-rw.1rootroot550May2407:44.bash_history

-rw-r--r--.1rootroot18Dec2902:26.bash_logout

-rw-r--r--.1rootroot176Dec2902:26.bash_profile

-rw-r--r--.1rootroot176Dec2902:26