Linux系統的Shell I/O重新導向詳解

I/O重新導向詳解及應用執行個體

1、 基本概念（這是理解後面的知識的前提，請務必理解）
a、 I/O重新導向通常與 FD有關，shell的FD通常為10個，即 0～9；
b、 常用FD有3個，為0（stdin，標準輸入）、1（stdout，標準輸出）、2（stderr，標準錯誤輸出），預設與keyboard、monitor、monitor有關；
c、 用 < 來改變讀進的資料通道(stdin)，使之從指定的檔案讀進；
d、 用 > 來改變送出的資料通道(stdout, stderr)，使之輸出到指定的檔案；
e、 0 是 < 的預設值，因此 < 與 0<是一樣的；同理，> 與 1> 是一樣的；
f、 在IO重新導向 中，stdout 與 stderr 的管道會先準備好，才會從 stdin 讀進資料；
g、 管道“|”(pipe line):上一個命令的 stdout 接到下一個命令的 stdin;
h、 tee 命令是在不影響原本 I/O 的情況下，將 stdout 複製一份到檔案去;
i、 bash（ksh）執行命令的過程：分析命令－變數求值－命令替代（``和$( )）－重新導向－萬用字元展開－確定路徑－執行命令；
j、 ( ) 將 command group 置於 sub-shell 去執行，也稱 nested sub-shell，它有一點非常重要的特性是：繼承父shell的Standard input, output, and error plus any other open file descriptors。
k、 exec 命令：常用來替代當前 shell 並重新啟動一個 shell，換句話說，並沒有啟動子 shell。使用這一命令時任何現有環境都將會被清除。exec 在對檔案描述符進行操作的時候，也只有在這時，exec 不會覆蓋你當前的 shell 環境。

2、 基本IO
cmd > file 把 stdout 重新導向到 file 檔案中；
cmd >> file 把 stdout 重新導向到 file 檔案中(追加)；
cmd 1> fiel 把 stdout 重新導向到 file 檔案中；
cmd > file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重新導向到 file 檔案中；
cmd 2> file 把 stderr 重新導向到 file 檔案中；
cmd 2>> file 把 stderr 重新導向到 file 檔案中(追加)；
cmd >> file 2>&1 把 stderr 和 stderr 一起重新導向到 file 檔案中(追加)；
cmd < file >file2 cmd 命令以 file 檔案作為 stdin，以 file2 檔案作為 stdout；
cat <>file 以讀寫的方式開啟 file；
cmd < file cmd 命令以 file 檔案作為 stdin；
cmd << delimiter Here document，從 stdin 中讀入，直至遇到 delimiter 分界符。

3、 進階IO
>&n 使用系統調用 dup (2) 複製檔案描述符 n 並把結果用作標準輸出；
<&n 標準輸入複製自檔案描述符 n；
<&- 關閉標準輸入（鍵盤）；
>&- 關閉標準輸出；
n<&- 表示將 n 號輸入關閉；
n>&- 表示將 n 號輸出關閉；
上述所有形式都可以前置一個數字，此時建立的檔案描述符由這個數字指定而不是預設的 0 或 1。如：
... 2>file 運行一個命令並把錯誤輸出(檔案描述符 2)定向到 file。
... 2>&1 運行一個命令並把它的標準輸出和輸出合并。(嚴格的說是通過複製檔案描述符 1 來建立檔案描述符 2 ，但效果通常是合并了兩個流。)
我們對 2>&1詳細說明一下 ：2>&1 也就是 FD2＝FD1 ，這裡並不是說FD2 的值 等於FD1的值，因為 > 是改變送出的資料通道，也就是說把 FD2 的 “資料輸出通道” 改為 FD1 的 “資料輸出通道”。如果僅僅這樣，這個改變好像沒有什麼作用，因為 FD2 的預設輸出和 FD1的預設輸出本來都是 monitor，一樣的！ 但是，當 FD1 是其他檔案，甚至是其他 FD 時，這個就具有特殊的用途了。請大家務必理解這一點。

exec 0exec 1>outfilename # 開啟檔案outfilename作為stdout。
exec 2>errfilename # 開啟檔案 errfilename作為 stderr。
exec 0<&- # 關閉 FD0。
exec 1>&- # 關閉 FD1。
exec 5>&- # 關閉 FD5。
問： 如果關閉了 FD0、FD1、FD2，其後果是什嗎？ 恢複 FD0、FD1、FD2與 關閉FD0、FD1、FD2 有什麼區別？代碼分別是什嗎？ 開啟了FD3～FD9，我們用完之後，你覺得是將他們關閉還是恢複？
下面是提示（例子來源於CU一文章，忘記出處，來日再補上）：
exec 6>&2 2>ver
command >>dev/null &
exec 2>&6 # 恢複 FD2

4、 簡單舉例
a、stdout和stderr都通過管道送給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

這個例子要注意的就是：
理解 命令執行順序 和 管道“|”：在命令執行前，先要進行重新導向的處理，並將把 nested sub-shell 的stdout 接到 egrep 命令的 stdin。 nested sub-shell ，在 ( ) 中的兩個命令加上（），可以看作一個命令。其 FD1 已經串連到“|”往egrep送了，當遇到 2>&1時，也就是FD2＝FD1，即FD2同FD1一樣，往管道 “|”那邊送。
b、沒有任何東西通過管道送給egrep，全部送往monitor。 (ls you no 2>&1;ls yes 2>&1) >&2|egrep \* >file。雖然在（）裡面將 FD2轉往FD1，但在（）外，遇到 >&2 ，結果所有的都送到monitor。 請理解：

5、 中階例子
條件： stderr通過管道送給egrep，正確訊息仍然送給monitor（不變）

如果加兩個條件：
（1）要求cmd1和cmd2並行運行；
（2）將cmd1的傳回值賦給變數 ss。
則為：
說明：
exec 3>&1;4>&1 建立FD3，是用來將下面ls那條語句（子shell）中的FD1 恢複到正常FD1，即輸出到monitor，你可以把FD3看作最初始的FD1的硬碟備份（即輸出到monitor）；建立FD4，到時用作儲存ls的傳回值（echo $?），你可以將FD4看作你考試時用於存放計算“echo $?”的草稿紙；
(ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4) 大家還記得前面說的子shell和管道吧。這條命令首先會繼承FD0、FD1、FD2、FD3、FD4，它位於管道前，所以在運行命令前會先把子shell自己的FD1和管道“|”相連。但是我們的條件是stderr通過管道送往egrep，stdout仍然輸出到monitor。 於是通過2>&1，先把 子shell的FD1 的管道“送給”FD2，於是子shell中的stderr送往管道“|”；再通過 1>&3，把以前的“硬碟備份”恢複給子shell的FD1，於是子shell中的FD1變成送到monitor了。再通過3>&-
，將3關閉；接著運行echo $? ，本來其輸出值應該送往管道的，通過 >&4 ，將 輸出 送往 “草稿紙”FD4，留以備用。
((ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)|egrep \* >file) 於是，stderr 通過管道送給 egrep ，stdout 送給monitor，但是，還有 FD4，它送到哪去了？ $(((ls you no 2>&1 1>&3 3>&-;echo $? >&4)|egrep \* >file) 4>&1)最後的 4>&1 ，就是把FD4 重新導向到 FD1。但由於其輸出在 $( )中，其值就賦給變數ss了。最後一行關閉 FD3、FD4。

6、 高階例子
命令 cmd1, cmd2, cmd3, cmd4. 如何利用單向管道完成下列功能：
1. 所有命令並存執行。
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 定向到檔案 a, stderr 定向到螢幕。
6. cmd4 的 stdout 定向到檔案 b, stderr 定向到螢幕。
7. cmd1 的返回碼賦給變數 s。
8. 不能利用臨時檔案。
解決方案：

這個我一步步解釋（好複雜，自己感覺看明白了，過一會再看，大腦仍然有幾分鐘空白～～～，沒想到我也能看明白。exec 3>&1; exec 4>&1 前面的例子都有說明了，就是建立FD3 ，給cmd1恢複其FD1用和給cmd3 恢複其FD2用，建立FD4，儲存“echo $?”輸出值的“草稿紙”。

第一對括弧：(cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 ) 和其後（第一個）管道。在第一個括弧（子shell）中，其FD1已經連到 管道中了，所以用 FD3 將 FD1恢複正常，不讓他往管道跑；這裡的cmd1沒有stdin，接著將 cmd1 啟動並執行返回碼 儲存到 FD4 中。

第二對括弧：((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 和其後（第二個）管道。前面的 FD1 已經不送給 cmd2了，FD2 預設也不送過來，所以cmd2 也沒有stdin ，所以在第二對括弧裡面：cmd1和cmd2 的stdout、stderr 為預設輸出，一直遇到 “3>&1”為止。請注意：“3>&1”，先將第二對括弧看出一個命令，他們遇到 第二個管道時，其FD1 連到 管道 “|”，由於“3>&1”的作用，子shell的FD1 送給FD3 使用，所以所有FD3 的輸出都
“流往”cmd3，又由於繼承關係（繼承第一行的命令），FD3實際上就是cmd1和cmd2的stdout，於是“ cmd1 和 cmd2 的 stdout 定向到 cmd3 的 stdin”

第三對括弧：(((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 和其後的第三個管道。cmd1 和 cmd2 的 stdout 已經定向到 cmd3 的 stdin，處理之後，cmd3 >a 意味著將其 stdout 送給 a 檔案。而2>&3的意思是：恢複cmd3的錯誤輸出為FD3，即送往 monitor。於是“cmd3 的 stdout 定向到檔案 a, stderr 定向到螢幕”。如果沒有“2>&3”，那麼cmd3的錯誤輸出就會干擾cmd1和cmd2的錯誤輸出，所以它是必須的！請注意第三對括弧後的
“2>&1”| ，其子shell的FD1 本來串連著管道“|”，但子shell FD1 慷慨大方，送給了 FD2，於是FD2 串連著管道。還記得前面的 cmd1 和 cmd2 嗎？他們的stderr一直沒動了。於是在這裡，通過管道送給了 第四個命令cmd4 了。即“cmd1 和 cmd2 的 stderr 定向到 cmd4 的 stdin”。後面就比較簡單了。cmd4 >b 表示“cmd4 的 stdout 定向到檔案 b, stderr 定向到螢幕（預設）”

第四對括弧：((((cmd1 1>&3 ; echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 | cmd4 >b ) 與其後的 4>&1。四對括弧裡面的 FD1、FD2都處理完了。但是還記得前面“echo $? >&4”那塊“草稿紙”嗎？“4>&1”的作用就是“將草稿紙上的內容送給monitor”，但是由於最外面還有 $() 將其“包著”。於是其值賦給變數“s”。