Linux之shell I/O(输入/输出)重定向详解

 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(File Descriptor,下文都将简称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
 
  1. cmd > file 把 stdout 重定向到 file 文件中 
  2. cmd >> file 把 stdout 重定向到 file 文件中(追加) 
  3. cmd 1> fiel 把 stdout 重定向到 file 文件中 
  4. cmd > file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重定向到 file 文件中 
  5. cmd 2> file 把 stderr 重定向到 file 文件中 
  6. cmd 2>> file 把 stderr 重定向到 file 文件中(追加) 
  7. cmd >> file 2>&1 把 stderr 和 stderr 一起重定向到 file 文件中(追加) 
  8. cmd <>file2 cmd 命令以 file 文件作为 stdin,以 file2 文件作为 stdout 
  9. cat <>file 以读写的方式打开 file 
  10. cmd < idid=”hmin27″>cmd << idid=”hmin28″> 
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。
 
  1. exec 0 
  2. exec 1>outfilename # 打开文件outfilename作为stdout 
  3. exec 2>errfilename # 打开文件 errfilename作为 stderr 
  4. exec 0<&- # 关闭 FD0 exec 1>&- # 关闭 FD1 
  5. 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):
exec 6>&2 2>ver
command >>dev/null &
exec 2>&6 # 恢复 FD2
4、 简单举例(其中 you 这个文件是存在的,no和yes这两个文件不存在)
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 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(其中 you 这个文件是存在的,no和yes这两个文件不存在)
条件:
stderr通过管道送给egrep,正确消息仍然送给monitor(不变)
exec 4>&1;(ls you no 2>&1 1>&4 4>&-;ls yes 2>&1 1>&4 4>&-)|egrep \* >file;exec 4>&-
或者exec 4>&1;(ls you no;ls yes) 2>&1 1>&4 4>&-|egrep \* >file;exec 4>&-
r2007 兄在其贴已有详细说明,我就不在说明了。
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:
exec 3>&1;exec 4>&1
ss=$(((ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)|egrep \* >file) 4>&1)
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 $( )中,其值就赋给变量ss了。
最后一行关闭 FD3、FD4。
6、 高阶例子
lightspeed 版主大大的:Shell 经典问题之 [ I/O 重定向] (http://bbs.chinaunix.net/forum/viewtopic.php?t=452079&show_type=new)
[Q] 对于命令 cmd1, cmd2, cmd3, cmd4. 如何利用单向管道完成下列功能:
1. 所有命令并行执行
2. cmd1 和 cmd2 不需要 stdin
3. cmd1 和 cmd2 的 stdout 定向到 cmd3 的 stdin
4. cmd1 和 cmd2 的 stderr 定向到 cmd4 的 stdin
5. cmd3 的 stdout 定向到文件 a, stderr 定向到屏幕
6. cmd4 的 stdout 定向到文件 b, stderr 定向到屏幕
7. cmd1 的返回码赋给变量 s
8. 不能利用临时文件
解决方法:
exec 3>&1; exec 4>&1
s=$(((((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 | cmd4 >b ) 4>&1)
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 $() 将其“包着”。于是其值赋给变量“s”。
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我尝试回答下面的问题。如有错误,还请各位前辈指正!
7、 在一个交互式的(Interactive) shell 中, 用 exec 进行 I/O 重定向.
1). Stdin, stderr 可以定向到文件中吗? 有什么结果?
a、 在交互式shell中,可以将stdin定向到文件。执行:exec 0
结果为:in 文件中每一行均会被自动执行,并且在最后会再加执行一个 exit 命令,导致退出(或退回到正常shell下)。
如 in 文件内容:$ more in
date
read lsp
echo hahha
echo “this is $lsp”
在提示符下执行命令:$ exec 0
$ date
Tue Jan 18 18:29:07 HKT 2005
$ read lsp # 其下面本应有的那句“ echo hahha ”的 “hahaha” 已经被读入到变量 lsp 中了
$ echo “this is $lsp”
this is echo hahha
$ exit
b、 在交互式shell中,可以将stderr定向到文件。执行:exec 2>err
结果为:命令提示符PS被屏蔽,输入的命令也被屏蔽。但是命令执行的结果,如果是stdout 则会回显到屏幕上,如果是 stderr 则不会回显到屏幕上。
其中,命令提示符、命令、stderr均会保存到文件 err 中。如:
$ exec 2>err
err in out # 执行 ls 命令
Tue Jan 18 18:55:58 HKT 2005 # 执行 date 命令,而后执行了“ ls nofile”,nofile这个文件不存在
$ # 执行 exit 命令
现在让我们查看 err文件:
$ more err
[lsp@ii lsp]$ ls
[lsp@ii lsp]$ date
[lsp@ii lsp]$ ls nofile
ls: nofile: No such file or directory
[lsp@ii lsp]$ exit
exit
c、 在交互式shell中,可以将stdout定向到文件。这个使我们常用到的。就不说了。就是将错误的输出内容定向到文件中。正确的输出内容并不受影响。
2). Stdin, Stderr 可以关闭吗? 有什么结果?
在交互式shell中,如果关闭stdin,如:exec 0<&- ,其结果是退出(或退回到正常shell下)。 在交互式shell中,如果关闭stderr,如:exec 2>&- ,状态同stderr定向到文件,唯一不同的是没有保存下来。
在 交互式shell中,如果关闭stdoutr,如:exec 1>&- ,只要执行有stdout或stderr内容送往 monitor 的命令,如ls、date这类命令,均会报错:“ls: write error: Bad file descriptor”。其他如cd、mkdir、……这类命令不受影响。
3). 如果 stdin, stdout, stderr 进行了重定向或关闭, 但没有保存原来的 FD, 可以将其恢复到 default 状态吗?
*** 如果关闭了stdin,因为会导致退出,那肯定不能恢复。
*** 如果重定向或关闭 stdout和stderr其中之一,可以恢复,因为他们默认均是送往monitor(但不知会否有其他影响)。如恢复重定向或关闭的stdout: exec 1>&2 ,恢复重定向或关闭的stderr:exec 2>&1。
*** 如果stdout和stderr全部都关闭了,又没有保存原来的FD,可以用:exec 1>/dev/tty 恢复。
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下面参考了 r2007 兄的回复!谨以致谢!
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8、 cmd >a 2>a 和 cmd >a 2>&1 为什么不同?
cmd >a 2>a :stdout和stderr都直接送往文件 a ,a文件会被打开两遍,由此导致stdout和stderr互相覆盖。
cmd >a 2>&1 :stdout直接送往文件a ,stderr是继承了FD1的管道之后,再被送往文件a 。a文件只被打开一遍,就是FD1将其打开。
我想:他们的不同点在于:
cmd >a 2>a 相当于使用了两个互相竞争使用文件a的管道;
而cmd >a 2>&1 只使用了一个管道,但在其源头已经包括了stdout和stderr。
从IO效率上来讲,cmd >a 2>&1的效率应该更高!
FD: File Descriptor

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