Bash中文件描述符的詳細(xì)介紹

前言

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Linux將所有內(nèi)核對象當(dāng)做文件來處理，系統(tǒng)用一個size_t類型來表示一個文件對象，比如對于文件描述符0就表示系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備STDIN，通常情況下STDIN的值為鍵盤，如read命令就默認(rèn)從STDIN讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)然STDIN的值是可以改變的，比如將其改成其他文件，這樣的話想read等命令就會默認(rèn)從相應(yīng)的文件讀取數(shù)據(jù)了。

簡單地說，一個文件描述符可以和一個文件掛鉤，一旦掛鉤就可以通過取地址運算符&獲得該文件的句柄，比如&0就可以獲得STDIN設(shè)備在內(nèi)存中的句柄（設(shè)備在系統(tǒng)中也被當(dāng)做文件處理），可以這樣理解，如果是一個shell中的普通變量var，可以通過$var的形式獲得該變量所代表的值，而對于一個文件描述符fd，則可以通過&fd的形式獲得文件描述符指向的文件的句柄，而這個句柄可以簡單地理解成該文件的路徑。

在 Shell 編程里經(jīng)常會用到重定向操作, 它本質(zhì)上是對文件描述符進(jìn)行操作, 本文會對 Shell 腳本里的文件描述符做一個詳細(xì)的介紹.

默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)文件描述符

每個進(jìn)程啟動時默認(rèn)都會有三個標(biāo)準(zhǔn)的文件描述符:

  • stdin 0 號描述符, 代表輸入設(shè)備, 進(jìn)程從它讀入數(shù)據(jù);
  • stdout 1 號描述符, 進(jìn)程往其中寫入數(shù)據(jù);
  • stderr 2 號描述符, 進(jìn)程會往其中寫入錯誤信息;

這三個描述符默認(rèn)是對應(yīng)同一個 tty 設(shè)備, 這樣我們便可以在終端中輸入數(shù)據(jù)和獲取進(jìn)程的輸出.

默認(rèn)的文件描述符也是可以被替換的, 例如我們可以替換掉 stdout 到一個文件, 這樣命令的輸出就不是打印到終端, 而是被輸出到文件中:

Bash中文件描述符的詳細(xì)介紹

在上面的 demo 中, 我們先是通過 exec 1 > /tmp/stdout 把 stdout 指向了文件 /tmp/stdout, 緊接著我們執(zhí)行了兩條命令 ls 和 pwd, 可以看到此時終端已經(jīng)沒有了命令的輸出. 當(dāng)我們通過 exec 1 >&2 恢復(fù) stdout 后, 可以發(fā)現(xiàn)文件 /tmp/stdout 里存儲了之前命令的輸出.

其中 exec 是一個 bash 內(nèi)置命令, 不同于在終端中執(zhí)行命令時會 fork 一個子進(jìn)程, 通過 exec 執(zhí)行的命令會直接修改當(dāng)前的 shell 進(jìn)程, 可以通過它執(zhí)行命令來修改當(dāng)前 shell 的 context.

如果你想使壞的話可以在別人的 ~/.bashrc 里加入 exec 1 > /tmp/stdout, 這樣新開的所有的終端窗口里都看不到命令的輸出, 要是因此被打概不負(fù)責(zé) :) .

文件描述符的操作

Shell 中對文件描述符的操作由三部分組成: (Left, Operation, Right):

  • Left 可以是 0-9 的數(shù)字, 代表第 n 號文件描述符;
         Left 還可以為 &, 表示同時操作 stdout 和 stderr
  • Right 可以是文件名或 0-9 的數(shù)字, 當(dāng) Right 是數(shù)字時必須要加上 & 符號, 表示引用第 n 號文件描述符;
         Right 還可以為 &-, 此時表示關(guān)閉 Left 描述符, 例如 2<&- 表示關(guān)閉 stderr;
  • Operation 可以為 < 或 >;
         為 < 時表示以讀模式復(fù)制 Right 到 Left, 此時如果沒有指定 Left 的話, 則為默認(rèn)值 0;
         當(dāng)為 > 表示以寫模式復(fù)制 Right 到 Left, 此時如果沒有指定 Left 的話, 則為默認(rèn)值 1;
         Operation 和 Left 之間不能有空格;
         當(dāng) Right 為文件名時, Operation 和 Right 可以有空格, 否則也不能有空格;

當(dāng)存在多個文件描述符的操作時, 會按照從左往右的順序依次執(zhí)行. 例如通過命令 cmd 3>&1 1>&2 2>&3 3>&- 就可以交換 stdin 和 stdout.

我們通過下面的例子來驗證上面的文件描述符交換是否生效:

  • 首先把默認(rèn)的 stderr 重定向到文件 /tmp/stderr 中, 這樣在終端中就不會看到錯誤輸出了;
  • 當(dāng)交換完 stderr 和 stdout 后, 我們就可以在 /tmp/stderr 文件中看到命令的正常輸出了;

讓我們來開始實驗吧:

➜ test exec 2> /tmp/stderr
➜ test ls
a.txt
➜ test ls 3>&1 1>&2 2>&3 3>&-
➜ test cat /tmp/stderr
a.txt

和我們的預(yù)期時一致的!

一些示例

用文件重載 stdin :

➜ test cat 0< a.txt
hello
➜ test cat < a.txt # same with last command
hello

把 stderr 和 stdout 都過濾掉

ls not_exist 1> /dev/zero 2>&1
# another way
ls not_exist &> /dev/zero

處理上一個命令的錯誤輸出:

➜ blog git:(hexo) ls not_exist 2>&1 | sed 's/not_exist/error/g'
ls: error: No such file or directory
# another way
➜ blog git:(hexo) ls not_exist |& sed 's/not_exist/error/g'
ls: error: No such file or directory

把標(biāo)準(zhǔn)輸出轉(zhuǎn)入到錯誤輸出上: echo hello 1>&2

Process Substitution

在 bash 中提供了兩個特殊的操作, 它們都可以被直接當(dāng)成文件名使用:

  • <(cmd) : 可以看作時一個可讀文件, cmd 命令的輸出是這個文件的內(nèi)容;
  • >(cmd) : 可以看作時一個可寫文件, cmd 會接受輸入并進(jìn)行處理;

示例

利用 <(cmd) 來驗證一對公私鑰是否匹配:

➜ blog git:(hexo) diff <(ssh-keygen -y -e -f ~/.ssh/id_rsa) <(ssh-keygen -y -e -f ~/.ssh/id_rsa.pub)
➜ blog git:(hexo)

利用 >(cmd) 來對錯誤信息進(jìn)行處理, 同時保證錯 stderr 信息不回變成 stdout:

➜ blog git:(hexo) ls not_exist 2> >(sed 's/not_exist/keep_error/g')
ls: keep_error: No such file or directory
➜ blog git:(hexo)

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對創(chuàng)新互聯(lián)的支持。

References

  • File Descriptors in Bourne shell
  • Process Substitution

網(wǎng)站標(biāo)題：Bash中文件描述符的詳細(xì)介紹
標(biāo)題鏈接：http://muchs.cn/article30/ijddpo.html

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