Linux I/O 重定向详解及应用实例

时间：2021-12-15 01:48:45

Linux I/O 重定向详解及应用实例

简解

  • > 输出
  • < 输入
  • >> 追加
  • &
    • [> | < | >>]之前：输入输出;
        1. ls /dev &>filename
        2. #"&"在这里代表标准输出和标准错误，这里无论是正常输出还是错误信息都写到filename中了。
    • [> | < | >>]之后：重定义文件标志符
        1. echo 123 1>&tmp
        2. #相当于 echo 123 ； echo 123 > tmp. "&" 这里相当于dump（FD1）
  • 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    • 文件标志符 FDn （n=0，1，2  ... 9）
  • exec  全局IO重定向
      1. exec 2>errfilename # 打开文件 errfilename作为 stderr。
文章
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I/O重定向详解及应用实例

1、 基本概念（这是理解后面的知识的前提，请务必理解）

a、 I/O重定向通常与 FD有关，shell的FD通常为10个，即 0～9；

b、 常用FD有3个，为0（stdin，标准输入）、1（stdout，标准输出）、2（stderr，标准错误输出），默认与keyboard、monitor、monitor有关；

c、 用 < 来改变读进的数据信道(stdin)，使之从指定的档案读进；

d、 用 > 来改变送出的数据信道(stdout, stderr)，使之输出到指定的档案；

e、 0 是 < 的默认值，因此 < 与 0<是一样的；同理，> 与 1> 是一样的；

f、 在IO重定向 中，stdout 与 stderr 的管道会先准备好，才会从 stdin 读进资料；

g、 管道“|”(pipe line):上一个命令的 stdout 接到下一个命令的 stdin;

h、 tee 命令是在不影响原本 I/O 的情况下，将 stdout 复制一份到档案去;

i、 bash（ksh）执行命令的过程：分析命令－变量求值－命令替代（``和$( )）－重定向－通配符展开－确定路径－执行命令；

j、
( ) 将 command group 置于 sub-shell 去执行，也称 nested
sub-shell，它有一点非常重要的特性是：继承父shell的Standard input, output, and error plus
any other open file descriptors。

k、 exec 命令：常用来替代当前 shell 并重新启动一个 shell，换句话说，并没有启动子 shell。使用这一命令时任何现有环境都将会被清除。exec 在对文件描述符进行操作的时候，也只有在这时，exec 不会覆盖你当前的 shell 环境。

2、 基本IO

cmd > file 把 stdout 重定向到 file 文件中；

cmd >> file 把 stdout 重定向到 file 文件中(追加)；

cmd 1> fiel 把 stdout 重定向到 file 文件中；

cmd > file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重定向到 file 文件中；

cmd 2> file 把 stderr 重定向到 file 文件中；

cmd 2>> file 把 stderr 重定向到 file 文件中(追加)；

cmd >> file 2>&1 把 stderr 和 stderr 一起重定向到 file 文件中(追加)；

cmd < file >file2 cmd 命令以 file 文件作为 stdin，以 file2 文件作为 stdout；

cat <>file 以读写的方式打开 file；

cmd < file cmd 命令以 file 文件作为 stdin；

cmd << delimiter Here document，从 stdin 中读入，直至遇到 delimiter 分界符。

3、 进阶IO

>&n 使用系统调用 dup (2) 复制文件描述符 n 并把结果用作标准输出；

<&n 标准输入复制自文件描述符 n；

<&- 关闭标准输入（键盘）；

>&- 关闭标准输出；

n<&- 表示将 n 号输入关闭；

n>&- 表示将 n 号输出关闭；

上述所有形式都可以前导一个数字，此时建立的文件描述符由这个数字指定而不是缺省的 0 或 1。如：

... 2>file 运行一个命令并把错误输出(文件描述符 2)定向到 file。

... 2>&1 运行一个命令并把它的标准输出和输出合并。(严格的说是通过复制文件描述符 1 来建立文件描述符 2 ，但效果通常是合并了两个流。)

我
们对 2>&1详细说明一下 ：2>&1 也就是 FD2＝FD1 ，这里并不是说FD2 的值 等于FD1的值，因为
> 是改变送出的数据信道，也就是说把 FD2 的 “数据输出通道” 改为 FD1 的
“数据输出通道”。如果仅仅这样，这个改变好像没有什么作用，因为 FD2 的默认输出和 FD1的默认输出本来都是 monitor，一样的！
但是，当 FD1 是其他文件，甚至是其他 FD 时，这个就具有特殊的用途了。请大家务必理解这一点。

exec 0exec 1>outfilename # 打开文件outfilename作为stdout。

exec 2>errfilename # 打开文件 errfilename作为 stderr。

exec 0<&- # 关闭 FD0。

exec 1>&- # 关闭 FD1。

exec 5>&- # 关闭 FD5。

问： 如果关闭了 FD0、FD1、FD2，其后果是什么？ 恢复 FD0、FD1、FD2与 关闭FD0、FD1、FD2 有什么区别？代码分别是什么？ 打开了FD3～FD9，我们用完之后，你觉得是将他们关闭还是恢复？

下面是提示（例子来源于CU一帖子，忘记出处，来日再补上）：

  1. exec 6>&2 2>ver
  2. command >>dev/null &
  3. exec 2>&6 # 恢复 FD2

4、 简单举例

a、stdout和stderr都通过管道送给egrep了：

  1. (ls you no 2>&1;ls yes 2>&1) 2>&1|egrep \* >file
  2. (ls you no 2>&1;ls yes 2>&1)|egrep \* >file
  3. (ls you no;ls yes) 2>&1|egrep \* >file

这个例子要注意的就是：

理
解 命令执行顺序 和 管道“|”：在命令执行前，先要进行重定向的处理，并将把 nested sub-shell 的stdout 接到
egrep 命令的 stdin。 nested sub-shell ，在 ( ) 中的两个命令加上（），可以看作一个命令。其 FD1
已经连接到“|”往egrep送了，当遇到 2>&1时，也就是FD2＝FD1，即FD2同FD1一样，往管道 “|”那边送。

b、
没有任何东西通过管道送给egrep，全部送往monitor。 (ls you no 2>&1;ls yes
2>&1) >&2|egrep \* >file。虽然在（）里面将 FD2转往FD1，但在（）外，遇到
>&2 ，结果所有的都送到monitor。 请理解：

  1. (ls you no 2>&1) 1>&2|egrep \* >file ## 送到 monitor
  2. ls you no 2>&1 1>&2|egrep \* >file ## 送给 管道 “|”
  3. ls you no 1>&2 2>&1|egrep \* >file ## 送到 monitor

5、 中阶例子

条件： stderr通过管道送给egrep，正确消息仍然送给monitor（不变）

  1. exec 4>&1;(ls you no 2>&1 1>&4 4>&-;ls yes 2>&1 1>
  2. &4 4>&-)|egrep \* >file;exec 4>&-
  3. 或者
  4. exec 4>&1;(ls you no;ls yes) 2>&1 1>
  5. &4 4>&-|egrep \* >file;exec 4>&-

如果加两个条件：

（1）要求cmd1和cmd2并行运行；

（2）将cmd1的返回值赋给变量 ss。

则为：

  1. exec 3>&1;exec 4>&1
  2. ss=$(((ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)|egrep \* >file) 4>&1)
  3. exec 3>&-;exec 4>&-

说明：

exec
3>&1;4>&1 建立FD3，是用来将下面ls那条语句（子shell）中的FD1
恢复到正常FD1，即输出到monitor，你可以把FD3看作最初始的FD1的硬盘备份（即输出到monitor）；建立FD4，到时用作保存ls的返
回值（echo $?），你可以将FD4看作你考试时用于存放计算“echo $?”的草稿纸；

(ls
you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)
大家还记得前面说的子shell和管道吧。这条命令首先会继承FD0、FD1、FD2、FD3、FD4，它位于管道前，所以在运行命令前会先把子
shell自己的FD1和管道“|”相连。但是我们的条件是stderr通过管道送往egrep，stdout仍然输出到monitor。
于是通过2>&1，先把 子shell的FD1 的管道“送给”FD2，于是子shell中的stderr送往管道“|”；再通过
1>&3，把以前的“硬盘备份”恢复给子shell的FD1，于是子shell中的FD1变成送到monitor了。再通过3>
&- ，将3关闭；接着运行echo $? ，本来其输出值应该送往管道的，通过 >&4 ，将 输出 送往
“草稿纸”FD4，留以备用。

((ls
you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)|egrep \*
>file) 于是，stderr 通过管道送给 egrep ，stdout 送给monitor，但是，还有 FD4，它送到哪去了？
$(((ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $?
>&4)|egrep \* >file) 4>&1)最后的 4>&1 ，就是把FD4 重定向到
FD1。但由于其输出在 $( )中，其值就赋给变量ss了。最后一行关闭 FD3、FD4。

6、 高阶例子

命令 cmd1, cmd2, cmd3, cmd4. 如何利用单向管道完成下列功能：

1. 所有命令并行执行。

2. cmd1 和 cmd2 不需要 stdin。

3. cmd1 和 cmd2 的 stdout 定向到 cmd3 的 stdin。

4. cmd1 和 cmd2 的 stderr 定向到 cmd4 的 stdin。

5. cmd3 的 stdout 定向到文件 a, stderr 定向到屏幕。

6. cmd4 的 stdout 定向到文件 b, stderr 定向到屏幕。

7. cmd1 的返回码赋给变量 s。

8. 不能利用临时文件。

解决方法：

  1. exec 3>&1; exec 4>&1
  2. s=$(((((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>
  3. &1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 | cmd4 >b ) 4>&1)
  4. exec 3>&-; exec 4>&-

这
个我一步步解释（好复杂，自己感觉看明白了，过一会再看，大脑仍然有几分钟空白～～～，没想到我也能看明白。exec 3>&1;
exec 4>&1 前面的例子都有说明了，就是建立FD3 ，给cmd1恢复其FD1用和给cmd3
恢复其FD2用，建立FD4，保存“echo $?”输出值的“草稿纸”。

第
一对括号：(cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )
和其后（第一个）管道。在第一个括号（子shell）中，其FD1已经连到 管道中了，所以用 FD3 将
FD1恢复正常，不让他往管道跑；这里的cmd1没有stdin，接着将 cmd1 运行的返回码 保存到 FD4 中。

第
二对括号：((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1
和其后（第二个）管道。前面的 FD1 已经不送给 cmd2了，FD2 默认也不送过来，所以cmd2 也没有stdin
，所以在第二对括号里面：cmd1和cmd2 的stdout、stderr 为默认输出，一直遇到
“3>&1”为止。请注意：“3>&1”，先将第二对括号看出一个命令，他们遇到 第二个管道时，其FD1 连到 管道
“|”，由于“3>&1”的作用，子shell的FD1 送给FD3 使用，所以所有FD3 的输出都
“流往”cmd3，又由于继承关系（继承第一行的命令），FD3实际上就是cmd1和cmd2的stdout，于是“ cmd1 和 cmd2 的
stdout 定向到 cmd3 的 stdin”

第
三对括号：(((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 |
cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 和其后的第三个管道。cmd1 和 cmd2 的 stdout
已经定向到 cmd3 的 stdin，处理之后，cmd3 >a 意味着将其 stdout 送给 a
文件。而2>&3的意思是：恢复cmd3的错误输出为FD3，即送往 monitor。于是“cmd3 的 stdout 定向到文件
a, stderr
定向到屏幕”。如果没有“2>&3”，那么cmd3的错误输出就会干扰cmd1和cmd2的错误输出，所以它是必须的！请注意第三对括号后
的 “2>&1”| ，其子shell的FD1 本来连接着管道“|”，但子shell FD1 慷慨大方，送给了 FD2，于是FD2
连接着管道。还记得前面的 cmd1 和 cmd2 吗？他们的stderr一直没动了。于是在这里，通过管道送给了 第四个命令cmd4
了。即“cmd1 和 cmd2 的 stderr 定向到 cmd4 的 stdin”。后面就比较简单了。cmd4 >b 表示“cmd4 的
stdout 定向到文件 b, stderr 定向到屏幕（默认）”

第
四对括号：((((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 |
cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 | cmd4 >b ) 与其后的
4>&1。四对括号里面的 FD1、FD2都处理完了。但是还记得前面“echo $?
>&4”那块“草稿纸”吗？“4>&1”的作用就是“将草稿纸上的内容送给monitor”，但是由于最外面还有 $()
将其“包着”。于是其值赋给变量“s”。

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Linux I/O重定向的一些小技巧

首先说一下什么是I/O重定向，所谓I/O重定向简单来说就是一个过程，这个过程捕捉一个文件，或者命令，程序，脚本，甚至脚本中的代码块（code block）的输出，然后把捕捉到的输出，作为输入发送给另外一个文件，命令，程序，或者脚本。

如
果谈到I/O重定向，就涉及到文件标识符(File Descriptor)的概念,
在Linux系统中，系统为每一个打开的文件指定一个文件标识符以便系统对文件进行跟踪，这里有些和C语言编程里的文件句柄相似，文件标识符是一个数字，
不同数字代表不同的含义，默认情况下，系统占用了3个，分别是0标准输入（stdin）,1标准输出(stdout), 2标准错误(stderr),
另外3-9是保留的标识符，可以把这些标识符指定成标准输入，输出或者错误作为临时连接。通常这样可以解决很多复杂的重定向请求。

标准输入通常指键盘的输入

标准输出通常指显示器的输出

标准错误通常也是定向到显示器

请看以下例子，来描述一下他们的关系

  1. #ls /dev

这个命令列出/dev目录下的所有文件，在屏幕上输出结果。

这里 /dev 就是作为命令ls的标准输入（从键盘输入），而打印在屏幕的结果就是标准输出（/dev目录中的内容）

还是回到标题，重定向就是把标准的输入或者输出更改成其他的方式，请参看如下例子

或者等同于

  1. #ls /dev 1>filename #注意："1"和">"中间没有空格

以上命令会把命令的标准输出重新定向到一个文件filename,而不是显示到屏幕上，如果不指明文件标识符，系统默认的就是1, 因此1可以省略

如果把上面例子重的">"改成">>"则表示把输出追加到filename文件的末尾，如果文件不存在则创建它。如下

  1. #ls /dev >>filename

也可以把标准错误重新定向到文件

  1. #ls -qw /dev 2>filename

显然 -qw是一个错误参数，通常会在显示器上报告一个错误信息，但由于把2标准错误（stderr）重新定向到了文件filename，因此显示器没有错误信息，而信息写到了文件里面

以下命令是把标准输出和错误都定向到文件

  1. #ls /dev &>filename

"&"在这里代表标准输出和标准错误，这里无论是正常输出还是错误信息都写到filename中了。

重新定义标准输入，输出，和错误的文件标识符

重新定义文件标识符可以用i>&j命令，表示把文件标识符i重新定向到j，你可以把"&"理解为"取地址"

请看以下例子

  1. #exec 5>&1

表示把文件标识符5定向到标准输出，这个命令通常用来临时保存标准输入。

同样标准输入也是可以重新定向的，请参考下面例子

  1. # grep search-word <filename 或者 grep search-word 0<filename

一般来说grep命令在给定文件中搜索字符串，以上命令把文件filename作为grep命令的标准输入，而不是从键盘输入。

前面曾经提到，系统为每一个打开的文件指定一个文件标识符以便系统对文件进行跟踪，那么默认的文件标识符是什么呢？答案是0，也就是标准输入，或者可以说从键盘输入。当然这个文件标识符也可以自己指定，请参考下面例子

  1. echo 123456789 >filename #把字符串写到文件filename中
  2. exec 3<>filename         #把文件filename打开，并指定文件标识符为3
  3. read -n 4 <&3            #从文件中读4个字符，句柄已经指到第四个字符末尾
  4. echo -n . >&3            #在第5个字符处写一个点，覆盖第5个字符，-n表示不换行
  5. exec 3>&-                #关闭文件标识符3

现在 cat filename 文件的结果就成了1234.6789

命令 j<>filename 表示把文件打开，并指明文件标识符为j

"&-" 表示关闭文件标识符

有关关闭文件标识符的操作请参考下面

n<&- 关闭输入文件标识符n
0<&-或<&- 关闭标准输入stdin
n>&- 关闭输出文件标识符n
1>&-或>&-关闭标准输出stdout
 

另外还有一些其他命令，如下参考

  1. ：> filename 或者 > filename

表示把文件filename设置成空，也就是清空文件内容，如果文件不存在，则创建一个空文件，（等同于touch命令） ：表示一个空输出，两个命令的唯一区别就是>filename不是在所有shell都可以正常工作的。

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参考

  • 重定向详解及应用实例  http://www.cnblogs.com/hexapodsoft/archive/2007/04/24/724902.html
  • Linux I/O重定向的一些小技巧 http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-iotips/

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