1.5　玩转文件描述符和重定向

文件描述符是与文件输入、输出相关联的整数。它们用来跟踪已打开的文件。最常见的文件描述符是stdin、stdout和stderr。我们可以将某个文件描述符的内容重定向到另一个文件描述符中。下面给出一些对文件描述符进行操作和重定向的例子。

1.5.1　预备知识

我们在编写脚本的时候会频繁使用标准输入（stdin）、标准输出（stdout）和标准错误（stderr）。通过内容过滤将输出重定向到文件是我们从事的基础任务之一。当命令输出文本的时候，这些输出文本有可能是错误信息，也可能是正常的（非错误的）输出信息。单靠查看输出的文本本身，我们没法区分哪些是正常的输出文本，哪些是错误文本。不过，我们可以通过文件描述符来解决这个问题，将那些与特定描述符关联的文本提取出来。

文件描述符是与一个打开的文件或数据流相关联的整数。文件描述符0、1以及2是系统预留的。

  • 0 —— stdin（标准输入）。

  • 1 —— stdout（标准输出）。

  • 2 —— stderr（标准错误）。

1.5.2　实战演练

用下面的方法可以将输出文本重定向或保存到一个文件中：

  1. $ echo "This is a sample text 1" > temp.txt

这种方法通过截取文件的方式，将输出文本存储到文件temp.txt中，也就是说在把echo命令的输出写入文件之前，temp.txt中的内容首先会被清空。

接下来，再看另一个例子：

  1. $ echo "This is sample text 2" >> temp.txt

这种方法会将文本追加到目标文件中。

>和>>并不相同。尽管这两个操作符都可以将文本重定向到文件，但是前者会先清空文件，再写入内容；而后者会将内容追加到现有文件的尾部。

可以用下面的方法查看文件内容：

  1. $ cat temp.txt
  2. This is sample text 1
  3. This is sample text 2

当使用重定向操作符时，重定向的内容不会出现在终端，而是直接被导入文件。重定向操作符默认使用标准输出。如果想使用特定的文件描述符，你必须将描述符置于操作符之前。

>等同于1>；对于>>来说，情况也类似（即>>等同于1>>）。

来看看什么是标准错误以及如何对它重定向。当命令输出错误信息时，stderr信息就会被打印出来。考虑下面的例子：

  1. $ ls +
  2. ls: cannot access +: No such file or directory

这里，+ 是一个非法参数，因此将返回错误信息。

1.5　玩转文件描述符和重定向 - 图1　成功和不成功的命令

当一个命令发生错误并退回时，它会返回一个非0的退出状态；而当命令成功完成后，它会返回数字0。退出状态可以从特殊变量 $? 中获得（在命令执行语句之后立刻运行echo $?，就可以打印出退出状态）。

下面的命令会将stderr文本打印到屏幕上，而不是文件中。

  1. $ ls + > out.txt
  2. ls: cannot access +: No such file or directory

然而在下面的命令中，stdout没有任何输出，因为错误已经重定向到out.txt中去了。

  1. $ ls + 2> out.txt # 正常运行

你可以将stderr单独重定向到一个文件，将stdout重定向到另一个文件：

  1. $ cmd 2>stderr.txt 1>stdout.txt

还可以利用下面的方法将stderr转换成stdout，使得stderr和stdout都被重定向到同一个文件中：

  1. $ cmd> output.txt 2>&1

或者采用下列方法：

  1. $ cmd &> output.txt

有时候，在输出中可能包含一些不必要的信息（比如除错信息）。如果你不想让终端中充斥着有关stderr的繁枝末节，那么你可以将stderr的输出重定向到 /dev/null，保证一切都会被清除得干干净净。假设我们有三个文件，分别是a1、a2、a3。但是普通用户对文件a1没有“读?写?执行”权限。如果你需要打印文件名以a起始的所有文件的内容，你可以使用cat命令。

设置一些测试文件：

  1. $ echo a1 > a1 
  2. $ cp a1 a2 ; cp a2 a3;
  3. $ chmod 000 a1  #清除所有权限

尽管可以使用通配符（a*）显示所有的文件内容，但是系统会显示一个出错信息，因为对文件a1没有可读权限。

  1. $ cat a*
  2. cat: a1: Permission denied
  3. a1
  4. a1

其中，cat: a1: Permission denied属于stderr。我们可以将stderr信息重定向到一个文件中，而stdout仍然保持不变。考虑如下代码：

  1. $ cat a* 2> err.txt #stderr被重定向到err.txt
  2. a1
  3. a1
  4.  
  5. $ cat err.txt
  6. cat: a1: Permission denied

观察下面的代码：

  1. $ some_command 2> /dev/null

在这个示例中，来自stderr的输出被丢到文件/dev/null中。/dev/null是一个特殊的设备文件，这个文件接收到的任何数据都会被丢弃。因此，null设备通常也被称为位桶（bit bucket）或黑洞。

当对stderr或stdout进行重定向时，重定向的文本将传入文件。因为文本已经被重定向到文件中，也就没剩下什么东西可以通过管道（|）传给接下来的命令，而这些命令是通过stdin来接收文本的。

但是有一个巧妙的方法可以一方面将数据重定向到文件，另一方面还可以提供一份重定向数据的副本作为后续命令的stdin。这一切都可以使用tee来实现。举个例子：要在终端中打印stdout，同时将它重定向到一个文件中，那么可以这样使用tee:

  1. command | tee FILE1 FILE2

在下面的代码中，tee命令接收到来自stdin的数据。它将stdout的一份副本写入文件out.txt，同时将另一份副本作为后续命令的stdin。命令cat -n将从stdin中接收到的每一行数据前加上行号并写入stdout:

  1. $ cat a* | tee out.txt | cat -n
  2. cat: a1: Permission denied
  3.      1 a1
  4.      2 a1

查看out.txt的内容：

  1. $ cat out.txt
  2. a1
  3. a1

注意，cat: a1: Permission denied 并没有在文件内容中出现。这是因为这些信息属于stderr，而tee只能从stdin中进行读取。

默认情况下，tee命令会将文件覆盖，但它提供了一个-a选项，可以用于追加内容。例如：

  1. $ cat a* | tee -a out.txt | cat -n.

带有参数的命令可以写成：command FILE1 FILE2，依次类推，或者简简单单地用command FILE。

我们可以使用stdin作为命令参数。只需要将-作为命令的文件名参数即可：

  1. $ cmd1 | cmd2 | cmd -

例如：

  1. $ echo who is this | tee -
  2. who is this
  3. who is this

或者我们也可以将 /dev/stdin作为输出文件名来使用stdin。

类似地，使用 /dev/stderr代表标准错误，/dev/stdout代表标准输出。这些特殊的设备文件分别对应stdin、stderr和stdout。

1.5.3　补充内容

从stdin读取输入的命令能以多种方式接收数据。另外，还可以用cat和管道来制定我们自己的文件描述符，例如：

  1. $ cat file | cmd
  2. $ cmd1 | cmd2
  • 将文件重定向到命令

借助重定向，我们可以像使用stdin那样从文件中读取数据：

  1. $ cmd < file
  • 重定向脚本内部的文本块

有时候，我们需要对文本块（多行文本）像标准输入一样进行重定向。考虑一个特殊情况：源文本就位于shell脚本中。一个实用的例子是向log文件中写入头部数据，可以按照下面的方法完成：

  1. #!/bin/bash
  2. cat <<EOF>log.txt
  3. LOG FILE HEADER
  4. This is a test log file
  5. Function: System statistics
  6. EOF

在cat <log.txt与下一个EOF行之间的所有文本行都会被当做stdin数据。log.txt文件的内容打印如下：

  1. $ cat log.txt
  2. LOG FILE HEADER
  3. This is a test log file
  4. Function: System statistics
  • 自定义文件描述符

文件描述符是用于访问文件的一个抽象指针。存取文件离不开被称为“文件描述符”的特殊数字。0、1和2分别是stdin、stdout和stderr的预留描述符。

我们可以使用exec命令创建自定义的文件描述符。如果你对用其他编程语言进行文件编程非常熟悉，你可能已经注意到了文件打开模式。通常来说，会使用3种模式。

  • 只读模式。

  • 截断模式。

  • 追加模式。

< 操作符用于从文件中读取至stdin。> 操作符用于截断模式的文件写入（数据在目标文件内容被截断之后写入）。>> 操作符用于追加模式的文件写入（数据被添加到文件的现有内容中，而且该目标文件中原有的内容不会丢失）。文件描述符可以用以上三种模式中的任意一种来创建。

为读取文件创建一个文件描述符：

  1. $ exec 3<input.txt # 使用文件描述符3打开并读取文件

我们可以这样使用它：

  1. $ echo this is a test line > input.txt
  2. $ exec 3<input.txt

现在你就可以在命令中使用文件描述符3了。例如：

  1. $ cat <&3
  2. this is a test line

如果要再次读取，我们就不能再继续使用文件描述符3了，而是需要用exec重新分配文件描述符3以便用于读取。

创建一个文件描述符用于写入（截断模式）：

  1. $ exec 4>output.txt # 打开文件用于写入

例如：

  1. $ exec 4>output.txt
  2. $ echo newline >&4
  3. $ cat output.txt
  4. newline

创建一个文件描述符用于写入（追加模式）：

  1. $ exec 5>>input.txt

例如：

  1. $ exec 5>>input.txt
  2. $ echo appended line >&5
  3. $ cat input.txt
  4. newline
  5. appended line