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Shell 管道及執(zhí)行順序分析

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1、基本概念
a、I/O重定向通常與 FD有關(guān),shell的FD通常為10個(gè),即 0~9;
b、常用FD有3個(gè),為0(stdin,標(biāo)準(zhǔn)輸入)、1(stdout,標(biāo)準(zhǔn)輸出)、2(stderr,標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出),默認(rèn)與keyboard、monitor、monitor有關(guān);
c、用 來改變讀進(jìn)的數(shù)據(jù)信道(stdin),使之從指定的檔案讀進(jìn);
d、用 > 來改變送出的數(shù)據(jù)信道(stdout, stderr),使之輸出到指定的檔案;
e、0 是 的默認(rèn)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(huì)先準(zhǔn)備好,才會(huì)從 stdin 讀進(jìn)資料;
g、管道“|”(pipe line):上一個(gè)命令的 stdout 接到下一個(gè)命令的 stdin;
h、tee 命令是在不影響原本 I/O 的情況下,將 stdout 復(fù)制一份到檔案去;
i、bash(ksh)執(zhí)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(zhí)行命令;
j、( ) 將 command group 置于 sub-shell 去執(zhí)行,也稱 nested sub-shell,它有一點(diǎn)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(dāng)前 shell 并重新啟動(dòng)一個(gè) shell,換句話說,并沒有啟動(dòng)子 shell。使用這一命令時(shí)任何現(xiàn)有環(huán)境都將會(huì)被清除,。exec 在對文件描述符進(jìn)行操作的時(shí)候,也只有在這時(shí),exec 不會(huì)覆蓋你當(dāng)前的 shell 環(huán)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
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(jìn)階IO
>n 使用系統(tǒng)調(diào)用 dup (2) 復(fù)制文件描述符 n 并把結(jié)果用作標(biāo)準(zhǔn)輸出
n 標(biāo)準(zhǔn)輸入復(fù)制自文件描述符 n
- 關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)輸入(鍵盤)
>- 關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)輸出
n- 表示將 n 號輸入關(guān)閉
n>- 表示將 n 號輸出關(guān)閉
上述所有形式都可以前導(dǎo)一個(gè)數(shù)字,此時(shí)建立的文件描述符由這個(gè)數(shù)字指定而不是缺省的 0 或 1。如:
... 2>file 運(yùn)行一個(gè)命令并把錯(cuò)誤輸出(文件描述符 2)定向到 file。
... 2>1 運(yùn)行一個(gè)命令并把它的標(biāo)準(zhǔn)輸出和輸出合并。(嚴(yán)格的說是通過復(fù)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(gè)流。)

2>1說明:2>1 也就是 FD2=FD1 ,這里并不是說FD2 的值 等于FD1的值,因?yàn)?> 是改變送出的數(shù)據(jù)信道,通俗的說是:把stderr并到stdout。
但使用類似 cmd 1>3 這樣的形式時(shí),原理相同,但往往不同于 2>1 和 1>2 通常用來合并的作用。

注意:普通cmd命令的cmd n>n 和exec n>n 是有區(qū)別的。

exec 0 exec 1>outfilename # 打開文件outfilename作為stdout
exec 2>errfilename # 打開文件 errfilename作為 stderr
exec 0- # 關(guān)閉 FD0
exec 1>- # 關(guān)閉 FD1
exec 5>- # 關(guān)閉 FD5

問:
如果關(guān)閉了 FD0、FD1、FD2,其后果是什么?
恢復(fù) FD0、FD1、FD2與 關(guān)閉FD0、FD1、FD2 有什么區(qū)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(guān)閉還是恢復(fù)?

下面是提示(例子來源于CU):
exec 6>2 2>ver # FD2(本來往monitor送的) 定向到文件ver
command >>dev/null #丟棄FD1(stdout)
exec 2>6 # 恢復(fù) FD2

4、簡單舉例(其中 yes.txt存在,no.txt不存在)
a、stdout 和stderr 都通過管道送給egrep了:
(ls yes.txt 2>1;ls no.txt 2>1) 2>1|egrep \* >file
(ls yes.txt;ls no.txt) 2>1|egrep \* >file

###
這個(gè)例子就是讓大家:理解 命令執(zhí)行順序 和 管道“|”
在命令執(zhí)行前,先要進(jìn)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(gè)命令可以看作一個(gè)命令。其 stdout(FD1) 通過 “|” 作為 egrep 的 stdin,再加上 2>1 時(shí),初始 stdout 和 stderr 都往管道 “|” 送。
###

b、沒有任何東西通過管道送給egrep,全部送往monitor。
(ls yes.txt 2>1;ls no.txt 2>1) >2|egrep \* >file
雖然在()里面將 FD2轉(zhuǎn)往FD1,但在()外,遇到 >2 ,結(jié)果所有的都送到monitor。

5、中階例子(其中 you 這個(gè)文件是存在的,no 和 wu 這兩個(gè)文件不存在)
r2007兄的:http://bbs.chinaunix.net/forum/viewtopic.php?t=221848show_type=newsid=cf30398c911e0d2b16313c6922123f67

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 wu 2>1 1>4 4>-)|egrep \* >file;exec 4>-
或者
exec 4>1;(ls you no;ls wu) 2>1 1>4 4>-|egrep \* >file;exec 4>-

r2007 兄在其貼已有詳細(xì)說明,如果加兩個(gè)條件:
(1)要求cmd1和cmd2并行運(yùn)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(fù)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(shí)用作保存ls的返回值(echo $?),你可以將FD4看作你考試時(shí)用于存放計(jì)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(huì)繼承FD0、FD1、FD2、FD3、FD4,它位于管道前,所以在運(yùn)行命令前會(huì)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(fù)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(guān)閉;
接著運(yùn)行echo $? ,本來其輸出值應(yīng)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(guān)閉 FD3、FD4。

6、高階例子
lightspeed 版主大大的:Shell 經(jīng)典問題之 [ I/O 重定向] (http://bbs.chinaunix.net/forum/viewtopic.php?t=452079show_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(zhí)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 的返回碼賦給變量 s
8. 不能利用臨時(shí)文件

解決方法:
exec 3>1; exec 4>1
my_value=$(((((cmd1 1>3 ; echo $? >4 )| cmd2 ) 3>1 | cmd3 >a 2>3 ) 2>1 | cmd4 >b ) 4>1)
exec 3>-; exec 4>-

解釋:
exec 3>1; exec 4>1
建立FD3 ,給cmd1恢復(fù)其FD1用和給cmd3 恢復(fù)其FD2用;
建立FD4,保存“echo $?”輸出值的“草稿紙”

第一對括號到第一個(gè)管道:(cmd1 1>3 ; echo $? >4 )|
cmd1本身沒有stdin,其stdout原要送往第一個(gè)管道,由于1>3的作用,其stdout被送往FD3;而 >4 的作用實(shí)際是將 cmd1 運(yùn)行后的返回碼送往 FD4。cmd1的stderr默認(rèn)等待下一步處理。最后,沒有往管道送任何東西;

第二對括號到第二個(gè)管道:((cmd1 1>3 ; echo $? >4 )| cmd2) 3>1|
由于第一個(gè)括號中cmd1的 stdout 被送往 FD3,導(dǎo)致管道左端沒有任何輸入,cmd2 從而就沒有stdin。cmd2 的stdout則為默認(rèn)的;
將第二對括號看出一個(gè)命令,其所有的stdout送往第二個(gè)管道“|”;同時(shí)由于3>1的作用,原先cmd1的stdout在送往FD3 又與cmd2的stdout并到一起,所以cmd1 和 cmd2 的 stdout 都送往第二個(gè)管道“|”。而cmd1、cmd2的stderr仍然默認(rèn)等待下一步處理;

第三對括號到第三個(gè)管道:(((cmd1 1>3 ; echo $? >4 )| cmd2 ) 3>1 | cmd3 >a 2>3 ) 2>1|
cmd3 >a 2>3:cmd3接收處理來自管道的stdin后,其 stdout 送給文件a,其stderr送往FD3,由于FD3繼承FD1,實(shí)際上其stderr是送往monitor。如果沒有“2>3”,那么cmd3的stderr就會(huì)干擾cmd1和cmd2的錯(cuò)誤輸出,所以它是必須的;
將第三個(gè)括號里完全看作一個(gè)命令,其stdout送往管道 “|”,由于2>1,于是stderr也送往著管道。但由于cmd1、cmd2的stdout已經(jīng)送給了cmd3處理,而cmd3的stdout輸出到文件a,cmd3的stderr也送往monitor,所以實(shí)際上只有cmd1和cmd2的stderr送往管道。

cmd4 >b:cmd4接收處理來自管道的stdin后,其stdout 定向到文件 b,stderr 默認(rèn)輸出到monitor。

第四對括號:( (((cmd1 1>3 ; echo $? >4 )| cmd2 ) 3>1 | cmd3 >a 2>3 ) 2>1| cmd4 >b ) 4>1
四對括號里面所有命令的 FD1、FD2都處理完了,但是還有“echo $? >4”沒處理?!?>1”的作用就是“將FD4并到stdout”,但由于其他命令的stdout都處理完了,實(shí)際上就只有 $? 的值。
又由于 $() 會(huì)建立一個(gè)管道,輸入端為()內(nèi)命令,故 $? 的值被賦給變量 my_value。

最后一行是關(guān)閉FD3和FD4。
另:恢復(fù)重定向或關(guān)閉的stdout:exec 1>2 ,恢復(fù)重定向或關(guān)閉的stderr:exec 2>1。如果stdout和stderr全部都關(guān)閉了,又沒有保存原來的FD,可以用:exec 1>/dev/tty 恢復(fù)。

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
我嘗試回答下面的問題。如有錯(cuò)誤,還請各位前輩指正!

7、在一個(gè)交互式的(Interactive) shell 中, 用 exec 進(jìn)行 I/O 重定向.
1). Stdin, stderr 可以定向到文件中嗎? 有什么結(jié)果?
a、在交互式shell中,可以將stdin定向到文件。執(zhí)行:exec 0 結(jié)果為:in 文件中每一行均會(huì)被自動(dòng)執(zhí)行,并且在最后會(huì)再加執(zhí)行一個(gè) exit 命令,導(dǎo)致退出(或退回到正常shell下)。
如 in 文件內(nèi)容:$ more in
date
read lsp
echo hahha
echo "this is $lsp"

在提示符下執(zhí)行命令:$ exec 0 $ date
Tue Jan 18 18:29:07 HKT 2005
$ read lsp # 其下面本應(yīng)有的那句“ echo hahha ”的 “hahaha” 已經(jīng)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(zhí)行:exec 2>err
結(jié)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(zhí)行的結(jié)果,如果是stdout 則會(huì)回顯到屏幕上,如果是 stderr 則不會(huì)回顯到屏幕上。其中,命令提示符、命令、stderr均會(huì)保存到文件 err 中。如:
$ exec 2>err
err in out # 執(zhí)行 ls 命令
Tue Jan 18 18:55:58 HKT 2005 # 執(zhí)行 date 命令,而后執(zhí)行了“ ls nofile”,nofile這個(gè)文件不存在
$ # 執(zhí)行 exit 命令

現(xiàn)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(gè)使我們常用到的。就不說了。就是將錯(cuò)誤的輸出內(nèi)容定向到文件中。正確的輸出內(nèi)容并不受影響。

2). Stdin, Stderr 可以關(guān)閉嗎? 有什么結(jié)果?
在交互式shell中,如果關(guān)閉stdin,如:exec 0- ,其結(jié)果是退出(或退回到正常shell下)。
在交互式shell中,如果關(guān)閉stderr,如:exec 2>- ,狀態(tài)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(guān)閉stdoutr,如:exec 1>- ,只要執(zhí)行有stdout或stderr內(nèi)容送往 monitor 的命令,如ls、date這類命令,均會(huì)報(bào)錯(cuò):“l(fā)s: 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(jìn)行了重定向或關(guān)閉, 但沒有保存原來的 FD, 可以將其恢復(fù)到 default 狀態(tài)嗎?
*** 如果關(guān)閉了stdin,因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致退出,那肯定不能恢復(fù)。
*** 如果重定向或關(guān)閉 stdout和stderr其中之一,可以恢復(fù),因?yàn)樗麄兡J(rèn)均是送往monitor(但不知會(huì)否有其他影響)。如恢復(fù)重定向或關(guān)閉的stdout:exec 1>2 ,恢復(fù)重定向或關(guān)閉的stderr:exec 2>1。
*** 如果stdout和stderr全部都關(guān)閉了,又沒有保存原來的FD,可以用:exec 1>/dev/tty 恢復(fù)。

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下面參考了 r2007 兄的回復(fù)!謹(jǐn)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(huì)被打開兩遍,由此導(dǎo)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。

他們的不同點(diǎn)在于:
cmd >a 2>a 相當(dāng)于使用了FD1、FD2兩個(gè)互相競爭使用文件 a 的管道;
而cmd >a 2>1 只使用了一個(gè)管道FD1,但已經(jīng)包括了stdout和stderr。
從IO效率上來講,cmd >a 2>1的效率更高。
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標(biāo)簽:仙桃 崇左 湘潭 黃山 衡水 湖南 銅川 蘭州

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