I/O重定向詳解及應用實例

1、 基本概念（這是理解后面的知識的前提，請務必理解）
a、 I/O重定向通常與 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），默認與keyboard、monitor、monitor有關；
c、 用 < 來改變讀進的數據信道(stdin)，使之從指定的檔案讀進；
d、 用 > 來改變送出的數據信道(stdout, stderr)，使之輸出到指定的檔案；
e、 0 是 < 的默認值，因此 < 與 0<是一樣的；同理，> 與 1> 是一樣的；
f、 在IO重定向 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 復制一份到檔案去;
i、 bash（ksh）執行命令的過程：分析命令－變量求值－命令替代（``和$( )）－重定向－通配符展開－確定路徑－執行命令；
j、 ( ) 將 command group 置于 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 并重新啟動一個 shell，換句話說，并沒有啟動子 shell。使用這一命令時任何現有環境都將會被清除。exec 在對文件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 文件作為 stdin，以 file2 文件作為 stdout
cat <>file 以讀寫的方式打開 file
cmd < file cmd 命令以 file 文件作為 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) 復制文件描述符 n 并把結果用作標準輸出
<&n 標準輸入復制自文件描述符 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導一個數字，此時建立的文件描述符由這個數字指定而不是缺省的 0 或 1。如：
... 2>file 運行一個命令并把錯誤輸出(文件描述符 2)定向到 file。
... 2>&1 運行一個命令并把它的標準輸出和輸出合并。(嚴格的說是通過復制文件描述符 1 來建立文件描述符 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 ，這里并不是說FD2 的值 等于FD1的值，因為 > 是改變送出的數據信道，也就是說把 FD2 的 “數據輸出通道” 改為 FD1 的 “數據輸出通道”。如果僅僅這樣，這個改變好像沒有什么作用，因為 FD2 的默認輸出和 FD1的默認輸出本來都是 monitor，一樣的！
但是，當 FD1 是其他文件，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 # 打開文件outfilename作為stdout
exec 2>errfilename # 打開文件 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，其后果是什么？
恢復 FD0、FD1、FD2與 關閉FD0、FD1、FD2 有什么區別？代碼分別是什么？
打開了FD3～FD9，我們用完之后，你覺得是將他們關閉還是恢復？

下面是提示（例子來源于CU一帖子，忘記出處，來日再補上）：
exec 6>&2 2>ver
command >>dev/null &
exec 2>&6 # 恢復 FD2

4、 簡單舉例（其中 you 這個文件是存在的，no和yes這兩個文件不存在）
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，先要進行重定向的處理，并將把 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 已經連接到“|”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（）里面將 FD2轉往FD1，但在（）外，遇到 >&2 ，結果所有的都送到monitor。
請理解：
(ls you no 2>&1) 1>&2|egrep \* >file ## 送到 monitor
ls you no 2>&1 1>&2|egrep \* >file ## 送給 管道 “|”
ls you no 1>&2 2>&1|egrep \* >file ## 送到 monito

5、 中階例子（其中 you 這個文件是存在的，no和yes這兩個文件不存在）
r2007兄的：http://bbs.chinaunix.net/forum/viewt...313c6922123f67
條件：
stderr通過管道送給egrep，正確消息仍然送給monitor（不變）
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 兄在其貼已有詳細說明，我就不在說明了。
如果加兩個條件：
（1）要求cmd1和cmd2并行運行；
（2）將cmd1的返回值賦給變量 ss。
則為：
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>&-

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 恢復到正常FD1，即輸出到monitor，你可以把FD3看作最初始的FD1的硬盤備份（即輸出到monitor）；
### 建立FD4，到時用作保存ls的返回值（echo $?），你可以將FD4看作你考試時用于存放計算“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，它位于管道前，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。
于是通過2>&1，先把 子shell的FD1 的管道“送給”FD2，于是子shell中的stderr送往管道“|”；
再通過 1>&3，把以前的“硬盤備份”恢復給子shell的FD1，于是子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)
于是，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)
最后的 4>&1 ，就是把FD4 重定向到 FD1。但由于其輸出在 $( )中，其值就賦給變量ss了。

最后一行關閉 FD3、FD4。

6、 高階例子
lightspeed 版主大大的：Shell 經典問題之 [ I/O 重定向] （http://bbs.chinaunix.net/forum/viewt...ow_type=new）
[Q] 對于命令 cmd1, cmd2, cmd3, cmd4. 如何利用單向管道完成下列功能：
1. 所有命令并行執行
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

文章出處：http://www.diybl.com/course/3_program/shell/shelljs/2008106/148344.html
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 的返回碼賦給變量 s
8. 不能利用臨時文件

解決方法：
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>&-

這個我一步步解釋（好復雜，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恢復其FD1用和給cmd3 恢復其FD2用
### 建立FD4，保存“echo $?”輸出值的“草稿紙”

第一對括號：(cmd1 1>&3  echo $? >&4 ) 和其后（第一個）管道
## 在第一個括號（子shell）中，其FD1已經連到 管道中了，所以用 FD3 將 FD1恢復正常，不讓他往管道跑；
## 這里的cmd1沒有stdin，接著將 cmd1 運行的返回碼 保存到 FD4 中；

第二對括號：((cmd1 1>&3  echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 和其后（第二個）管道
## 前面的 FD1 已經不送給 cmd2了，FD2 默認也不送過來，所以cmd2 也沒有stdin ，所以在第二對括號里面：cmd1和cmd2 的stdout、stderr 為默認輸出，一直遇到 “3>&1”為止。
## 請注意：“3>&1”，先將第二對括號看出一個命令，他們遇到 第二個管道時，其FD1 連到 管道 “|”，由于“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，又由于繼承關系（繼承第一行的命令），FD3實際上就是cmd1和cmd2的stdout，于是“ cmd1 和 cmd2 的 stdout 定向到 cmd3 的 stdin”

第三對括號：(((cmd1 1>&3  echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 和其后的第三個管道
## cmd1 和 cmd2 的 stdout 已經定向到 cmd3 的 stdin，處理之后，cmd3 >a 意味著將其 stdout 送給 a 文件。而2>&3的意思是：恢復cmd3的錯誤輸出為FD3，即送往 monitor。于是“cmd3 的 stdout 定向到文件 a, stderr 定向到屏幕”。

如果沒有“2>&3”，那么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！

## 請注意第三對括號后的 “2>&1”| ，其子shell的FD1 本來連接著管道“|”，但子shell FD1 慷慨大方，送給了 FD2，于是FD2 連接著管道。還記得前面的 cmd1 和 cmd2 嗎？他們的stderr一直沒動了。于是在這里，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”
## 后面就比較簡單了。cmd4 >b 表示“cmd4 的 stdout 定向到文件 b, stderr 定向到屏幕（默認）”

第四對括號：((((cmd1 1>&3  echo $? >&4 )| cmd2 ) 3>&1 | cmd3 >a 2>&3 ) 2>&1 | cmd4 >b ) 與其后的 4>&1
## 四對括號里面的 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”，但是由于最外面還有 $() 將其“包著”。于是其值賦給變量“s”。

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我嘗試回答下面的問題。如有錯誤，還請各位前輩指正！

7、 在一個交互式的(Interactive) shell 中, 用 exec 進行 I/O 重定向.
1）. Stdin, stderr 可以定向到文件中嗎? 有什么結果?
a、 在交互式shell中，可以將stdin定向到文件。執行：exec 0結果為：in 文件中每一行均會被自動執行，并且在最后會再加執行一個 exit 命令，導致退出（或退回到正常shell下）。
如 in 文件內容：$ more in
date
read lsp
echo hahha
echo "this is $lsp"

在提示符下執行命令：$ exec 0$ date
Tue Jan 18 18:29:07 HKT 2005
$ read lsp # 其下面本應有的那句“ echo hahha ”的 “hahaha” 已經被讀入到變量 lsp 中了
$ echo "this is $lsp"
this is echo hahha
$ exit

b、 在交互式shell中，可以將stderr定向到文件。執行：exec 2>err
結果為：命令提示符PS被屏蔽，輸入的命令也被屏蔽。但是命令執行的結果，如果是stdout 則會回顯到屏幕上，如果是 stderr 則不會回顯到屏幕上。其中，命令提示符、命令、stderr均會保存到文件 err 中。如：
$ exec 2>err
err in out # 執行 ls 命令
Tue Jan 18 18:55:58 HKT 2005 # 執行 date 命令，而后執行了“ ls nofile”，nofile這個文件不存在
$ # 執行 exit 命令

現在讓我們查看 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，可以將stdout定向到文件。這個使我們常用到的。就不說了。就是將錯誤的輸出內容定向到文件中。正確的輸出內容并不受影響。

2）. Stdin, Stderr 可以關閉嗎? 有什么結果?
在交互式shell中，如果關閉stdin，如：exec 0<&- ，其結果是退出（或退回到正常shell下）。
在交互式shell中，如果關閉stderr，如：exec 2>&- ，狀態同stderr定向到文件，唯一不同的是沒有保存下來。
在交互式shell中，如果關閉stdoutr，如：exec 1>&- ，只要執行有stdout或stderr內容送往 monitor 的命令，如ls、date這類命令，均會報錯：“ls: write error: Bad file descriptor”。其他如cd、mkdir、……這類命令不受影響。

3）. 如果 stdin, stdout, stderr 進行了重定向或關閉, 但沒有保存原來的 FD, 可以將其恢復到 default 狀態嗎?
*** 如果關閉了stdin，因為會導致退出，那肯定不能恢復。
*** 如果重定向或關閉 stdout和stderr其中之一，可以恢復，因為他們默認均是送往monitor（但不知會否有其他影響）。如恢復重定向或關閉的stdout： exec 1>&2 ，恢復重定向或關閉的stderr：exec 2>&1。
*** 如果stdout和stderr全部都關閉了，又沒有保存原來的FD，可以用：exec 1>/dev/tty 恢復。

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下面參考了 r2007 兄的回復！謹以致謝！
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8、 cmd >a 2>a 和 cmd >a 2>&1 為什么不同？
cmd >a 2>a ：stdout和stderr都直接送往文件 a ，a文件會被打開兩遍，由此導致stdout和stderr互相覆蓋。
cmd >a 2>&1 ：stdout直接送往文件a ，stderr是繼承了FD1的管道之后，再被送往文件a 。a文件只被打開一遍，就是FD1將其打開。
我想：他們的不同點在于：
cmd >a 2>a 相當于使用了兩個互相競爭使用文件a的管道；
而cmd >a 2>&1 只使用了一個管道，但在其源頭已經包括了stdout和stderr。
從IO效率上來講，cmd >a 2>&1的效率應該更高！

文章出處：http://www.diybl.com/course/3_program/shell/shelljs/2008106/148344_2.html