shell 重定向以及文件描述符

1.对重定向的理解

• Linux Shell 重定向分为两种，一种输入重定向，一种是输出重定向；从字面上理解，输入输出重定向就是「改变输入与输出的方向」的意思。
• 输入方向就是数据从哪里流向程序。标准输入方向是指数据从键盘流向程序，如果改变了它的方向，数据就从其它地方流入，这就是输入重定向。
• 输出方向就是数据从程序流向哪里。标准输出方向是指数据从程序流向显示器，如果改变了它的方向，数据就流向其它地方，这就是输出重定向。

2.硬件设备和文件描述符

计算机的硬件设备有很多，常见的输入设备有键盘、鼠标、麦克风、手写板等，输出设备有显示器、投影仪、打印机等。不过，在 Linux 中，标准输入设备指的是键盘，标准输出设备指的是显示器。
Linux系统中把一切都看做文件，包括普通文件-、目录文件d、字符设备文件c、块设备文件b、符号链接文件l以及标准输入设备（键盘）和标准输出设备（显示器）在内的所有计算机硬件都是文件。

文件描述符是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引（一个非负整数），用于指代已被打开的文件。

Linux下所有的的I/O操作的系统调用都是通过文件描述符执行，一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数，它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器，甚至是一个网络连接。例如0表示标准输入(键盘)、1表示标准输出(显示器)、2表示标准错误(显示器)，文件描述符会在这个基础上递增。
stdin、stdout、stderr 默认都是打开的，在重定向的过程中，0、1、2 这三个文件描述符可以直接使用。

表1：与输入输出有关的文件描述符

文件描述符到底是什么

文件描述符： 在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。
一个 Linux 进程启动后，会在内核空间中创建一个 PCB 控制块，PCB 内部有一个文件描述符表（File descriptor table），记录着当前进程所有可用的文件描述符，也即当前进程所有打开的文件。

除了文件描述符表，系统还需要维护另外两张表：

• 打开文件表（Open file table）
• i-node 表（i-node table）

文件描述符表每个进程都有一个，打开文件表和 i-node 表整个系统只有一个，它们三者之间的关系如下图所示。

文件描述符表: 进程级的列表，也就是用户区的一部分，进程每打开一个文件就会新建一个文件描述符。
系统级打开文件表: 系统级的列表，对当前系统的所有进程都共享，每条条目包含文件偏移量、访问模式以及指向它的文件描述符的条目计数
文件系统索引节点表： inode索引节点表（UID、GID、ctime、mtime、atime、读写执行权限、链接数、block位置）

对上图的进一步说明：

• 在进程 A 中，文件描述符 1 和 20 都指向了同一个打开文件表项，标号为 23（指向了打开文件表中下标为 23 的数组元素），这可能是通过调用 dup()、dup2()、fcntl() 或者对同一个文件多次调用了 open() 函数形成的。
• 进程 A 的文件描述符 2 和进程 B 的文件描述符 2 都指向了同一个文件，这可能是在调用 fork() 后出现的（即进程 A、B 是父子进程关系），或者是不同的进程独自去调用 open() 函数打开了同一个文件，此时进程内部的描述符正好分配到与其他进程打开该文件的描述符一样。
• 进程 A 的描述符 0 和进程 B 的描述符 3 分别指向不同的打开文件表项，但这些表项均指向 i-node 表的同一个条目（标号为 1976）；换言之，它们指向了同一个文件。发生这种情况是因为每个进程各自对同一个文件发起了 open() 调用。同一个进程两次打开同一个文件，也会发生类似情况。 

有了以上对文件描述符的认知，我们很容易理解以下情形：

• 同一个进程的不同文件描述符可以指向同一个文件；
• 不同进程可以拥有相同的文件描述符；
• 不同进程的同一个文件描述符可以指向不同的文件（一般也是这样，除了 0、1、2 这三个特殊的文件）；
• 不同进程的不同文件描述符也可以指向同一个文件。

文件描述符、文件、进程之间的关系

• 每个文件描述符都指向一个打开的文件相对应

• 不同的文件描述符可能指向同一个打开的文件

• 相同的文件可能被不同的进程打开，也可以在被同一个进程打开多次

Linux Shell 输出重定向

输出重定向是指命令的结果不再输出到显示器上，而是输出到其它地方，一般是文件中。这样做的最大好处就是把命令的结果保存起来，当我们需要的时候可以随时查询。Bash 支持的输出重定向符号如下表所示。
在输出重定向中，>代表的是覆盖，>>代表的是追加。

注意点：

1. 输出重定向的写法是fd>file或者fd>>file，其中 fd 表示文件描述符，如果不写，默认为 1，也就是标准输出文件。即command 1>file与command >file相同，当文件描述符为大于 1 的值时，比如 2，就必须写上。
2. fd和>之间不能有空格，否则 Shell 会解析失败；>和file之间的空格可有可无
3. /dev/null 文件。如果想要将输出结果丢弃，可以将命令结果重定向到 /dev/null 文件中，即 ls -l &>/dev/null，任何放入垃圾箱的数据都会被丢弃，不能恢复。

表2：Bash 支持的输出重定向符号

[c.biancheng.net]$ ls -l  #先预览一下输出结果
总用量 16
drwxr-xr-x. 2 root     root      21 7月   1 2016 abc
-rw-r--r--. 1 mozhiyan mozhiyan 399 3月  11 17:12 demo.sh
-rw-rw-r--. 1 mozhiyan mozhiyan  67 3月  22 17:16 demo.txt

[c.biancheng.net]$ ls -l >demo.txt  #重定向
[c.biancheng.net]$ cat demo.txt  #查看文件内容
总用量 12
drwxr-xr-x. 2 root     root      21 7月   1 2016 abc
-rw-r--r--. 1 mozhiyan mozhiyan 399 3月  11 17:12 demo.sh
-rw-rw-r--. 1 mozhiyan mozhiyan   0 3月  22 17:21 demo.txt

[c.biancheng.net]$ ls java  #先预览一下错误信息
ls: 无法访问java: 没有那个文件或目录
[c.biancheng.net]$ ls java 2>err.log  #重定向
[c.biancheng.net]$ cat err.log  #查看文件
ls: 无法访问java: 没有那个文件或目录

[c.biancheng.net]$ ls -l >out.log 2>&1
[c.biancheng.net]$ ls java >>out.log 2>&1
[c.biancheng.net]$ cat out.log
总用量 12
drwxr-xr-x. 2 root     root      21 7月   1 2016 abc
-rw-r--r--. 1 mozhiyan mozhiyan 399 3月  11 17:12 demo.sh
-rw-rw-r--. 1 mozhiyan mozhiyan 278 3月  16 17:17 main.c
ls: 无法访问java: 没有那个文件或目录

Linux Shell 输入重定向

输入重定向就是改变输入的方向，不再使用键盘作为命令输入的来源，而是使用文件作为命令的输入。
和输出重定向类似，输入重定向的完整写法是fd<file，其中 fd 表示文件描述符，如果不写，默认为 0，也就是标准输入文件。

表3：Bash 支持的输出重定向符号

[c.biancheng.net]$ cat readme.txt  #预览一下文件内容
C语言中文网
http://c.biancheng.net/
成立7年了
[c.biancheng.net]$ wc -l <readme.txt  #输入重定向
3

> 123
> 789
> abc
> END
3

#!/bin/bash

while read str; do
    echo $str
done <readme.txt

总结：

参考文献： https://www.cnblogs.com/yujianfei/p/9068472.html