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2008-10-03 09:41:53

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): 
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: 
(ls you no 2>&1;ls yes 2>&1) 2>&1|egrep \* >file 
(ls you no 2>&1;ls yes 2>&1)|egrep \* >file 
(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: 
(ls you no 2>&1) 1>&2|egrep \* >file ## 送到 monitor 
ls you no 2>&1 1>&2|egrep \* >file ## 送给 管道 “|” 
ls you no 1>&2 2>&1|egrep \* >file ## 送到 monito

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) 
r2007兄的:
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] () 
[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”。 

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 
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。 

+++++++++++++++++++ 
下面参考了 r2007 兄的回复!谨以致谢! 
+++++++++++++++++++ 

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!

 

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