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KaliArch · 更新于 2020-04-10

1. Shell 重定向

1.1 Shell 重定向是什么

我們?cè)谥罢鹿?jié)有學(xué)習(xí) echo/printf 來(lái)將我們的需求輸出，此時(shí)就是我們將系統(tǒng)的返回輸出到我們標(biāo)準(zhǔn)終端，使得我們能夠看到正常的輸出的結(jié)果，Unix 命令默認(rèn)的輸入設(shè)備即 stdin 為鍵盤(pán)，標(biāo)準(zhǔn)和錯(cuò)誤設(shè)備即 stdout 為顯示器，我們利用重定向可以將輸入改為文件，或者將輸出重新定向到其他設(shè)備或文件中。

1.2 為什么要用重定向

我們知道了系統(tǒng)默認(rèn)的輸入為鍵盤(pán)，標(biāo)準(zhǔn)輸出與錯(cuò)誤輸出為顯示器，當(dāng)我們?cè)诰帉?xiě) Shell 的時(shí)候有一些非交互的操作，不能通過(guò)鍵盤(pán)輸入，或顯示的結(jié)果我們不希望在顯示器顯示的時(shí)候，此場(chǎng)景就需要利用輸入輸出重定向了。

2. Shell 輸入輸出重定向

Linux Shell 重定向分為兩種，顧名思義，輸入重定向即改變標(biāo)準(zhǔn)的默認(rèn)系統(tǒng)鍵盤(pán)輸入，輸出重定向即改變默認(rèn)的系統(tǒng)顯示器輸出。

2.1 文件描述符

在 Linux 中一切皆文件，包括標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤(pán)）和標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（顯示器）在內(nèi)的所有計(jì)算機(jī)硬件都是文件。為了表示和區(qū)分已經(jīng)打開(kāi)的文件，Linux 會(huì)給每個(gè)文件分配一個(gè) ID，這個(gè) ID 就是一個(gè)整數(shù)，被稱(chēng)為文件描述符（File Descriptor）。

如下是文件描述符的類(lèi)型及其對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

文件描述符 文件名 類(lèi)型 硬件
0 stdin 標(biāo)準(zhǔn)輸入文件 鍵盤(pán)
1 stdout 標(biāo)準(zhǔn)輸出文件 顯示器
2 stderr 標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出文件 顯示器

Linux 程序在你執(zhí)行任何形式的 I/O 操作時(shí)，其實(shí)都是在對(duì)一個(gè)文件描述符進(jìn)行讀取或?qū)懭耄粋€(gè)文件描述符只是一個(gè)打開(kāi)的文件相關(guān)聯(lián)的整數(shù)，在其背后就是硬盤(pán)上一個(gè)普通文件或管道，鍵盤(pán)，顯示器，或是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈接等。

如圖更為形象的展示鍵盤(pán)是 Linux 系統(tǒng)默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備，當(dāng)然可以重定向?yàn)?file，對(duì)應(yīng)的命令執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)輸出與標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出設(shè)備為屏幕，也可以根據(jù)需求重定向到文件。

2.2 輸入重定向

輸入方向?yàn)閿?shù)據(jù)從那流入程序，輸入重定向即改變默認(rèn)的系統(tǒng)鍵盤(pán)輸入，改變其從其他對(duì)方流入程序。

2.2.1 <

command <file，將 file 文件中的內(nèi)容作為 command 的輸入。

格式：

 [n]< word

注意 [n] 與 < 之間沒(méi)有空格，其中將文件描述符 n 重定向到 word 指代的文件（以只讀方式打開(kāi)), 如果不顯示指明 n，默認(rèn)就為 0，標(biāo)準(zhǔn)輸入，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat testfile.txt
test content
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat 0< testfile.txt
test content
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat < testfile.txt
test content

我們可以看到 testfile.txt 文件內(nèi)容為 test content，在輸入重定向時(shí)，我們將文件描述符 0 重定向到 testfile.txt，所以利用命令 cat 查看，結(jié)果就為文件的內(nèi)容，默認(rèn)就是標(biāo)準(zhǔn)輸入，所以可以不寫(xiě) 0。

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# 0< testfile.txt cat
test content
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# < testfile.txt cat
test content

解析器解析到 “<” 以后會(huì)先處理重定向，將標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向到 file，之后 cat 再?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)輸入讀取指令的時(shí)候，由于標(biāo)準(zhǔn)輸入已經(jīng)重定向到了 file ，于是 cat 就從 file 中讀取指令了。

2.2.2 <<EOF

command <<END，從標(biāo)準(zhǔn)輸入（鍵盤(pán)）中讀取數(shù)據(jù)，直到遇見(jiàn)分界符 END 才停止，分界符可以是自定義的任意字符，在此建議使用 EOF。

該輸入重定向可以很方便用于批量文件的輸入，可以用此來(lái)創(chuàng)建文件，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat > file1.txt <<EOF
> hello shell
> hello go
> test file
> EOF
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
hello shell
hello go
test file

在此利用了將 cat 的輸出重定向到文件 file1.txt 中，之后利用 <<EOF 來(lái)從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取數(shù)據(jù)，直到遇到結(jié)束標(biāo)示 EOF 停止。

例如我們?cè)趯W(xué)習(xí)流程控制中的 while 循環(huán)讀取文件就利用了輸入重定向，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat while.sh
#!/bin/bash

FILE=file1.txt
while read str; do
    echo $str
done <$FILE

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# bash while.sh
hello shell
hello go
test file

在此將文件綁定到輸入重定向上，利用 while 來(lái)逐行讀取文件中的內(nèi)容。

2.3 輸出重定向

輸出方向?yàn)閿?shù)據(jù)輸出到那個(gè)終端，輸出重定向即改變默認(rèn)的顯示器輸出，改變其從其他設(shè)備輸出。

一般輸出重定向的應(yīng)用場(chǎng)景多為將標(biāo)準(zhǔn)輸出或標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出分別保持到不同的文件，或者是我們不關(guān)心輸出等情況等。

如下整理的標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向與標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出重定向：

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向

  • 覆蓋方式

語(yǔ)法：command >file

標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向覆蓋方式，直接將 command 命令的標(biāo)準(zhǔn)輸出，以覆蓋方式輸出到文件中，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
hello shell
hello go
test file
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# echo "test" > file1.txt
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
test

可以看到將文件的原始內(nèi)容已經(jīng)覆蓋掉了，也可以用來(lái)清空文件內(nèi)容，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
test
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# >file1.txt
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
  • 追加方式

語(yǔ)法：command >>file

將標(biāo)準(zhǔn)的輸出追加到文件中，注意追加為不覆蓋原始文件內(nèi)容，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
test
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# echo "test222" >> file1.txt
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
test
test222

2.3.2 錯(cuò)誤輸出重定向

  • 覆蓋方式：

語(yǔ)法：command 2>file

與標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向一樣，只是綁定標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出文件描述符 2，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# ls /none
ls: 無(wú)法訪問(wèn)/none: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# ls /none 2> error.txt
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat error.txt
ls: 無(wú)法訪問(wèn)/none: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄

我們可以使用 ls 查看一個(gè)不存在的文件或目錄，會(huì)輸出標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出，將其重定向到 error.txt 中。

  • 追加方式：

語(yǔ)法：command 2>>file

與標(biāo)準(zhǔn)輸出追加方式一樣，只是綁定標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出文件描述符，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# abc 2>>error.txt
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat error.txt
ls: 無(wú)法訪問(wèn)/none: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄
-bash: abc: command not found

我們使用命令 abc，Shell 提示我們沒(méi)有這個(gè)命令，在此就將標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出以追加形式重定向到文件中。

2.3.3 全部重定向

在我們使用輸出重定向分為標(biāo)準(zhǔn)輸出與錯(cuò)誤輸出，當(dāng)我們希望將兩者都重定向到某文件使用可以使用 &>，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat totle.txt
ls: 無(wú)法訪問(wèn)/none: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄
/tmp:
cpulimit-0.2
cvm_init.log
net_affinity.log
nohup.out
nv_driver_install.log
nv_gpu_conf.log
setRps.log
v0.2.tar.gz
virtio_blk_affinity.log

我們可以看出無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)輸出或錯(cuò)誤輸出都重定向到了 totle.txt 文件中。

2.4 組合使用

輸入和輸出也是可以組合使用的，那么這個(gè)組合主要應(yīng)用于在 Shell 腳本當(dāng)中產(chǎn)生新的配置文件的場(chǎng)景下，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat > file1.txt <<EOF
> hello shell
> hello go
> test file
> EOF
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat file1.txt
hello shell
hello go
test file

在此就組合標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向與輸入重定向組合使用。

2.5 空設(shè)備

在 Linux 系統(tǒng)中存在一個(gè)空設(shè)備，也稱(chēng)為黑洞設(shè)備，其為 /dev/null。當(dāng)我們將內(nèi)容重定向到它時(shí)會(huì)被丟棄，對(duì)其也無(wú)法進(jìn)行讀取內(nèi)容操作，利用它，可以在我們編寫(xiě) Shell 中能夠起到禁止異常輸出的功效，例如：

[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# ls / /none
ls: 無(wú)法訪問(wèn)/none: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄
/:
bin  boot  data  dev  etc  home  lib  lib64  lost+found  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  selinux  srv  sys  tmp  usr  var
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# ls / /none >/dev/null 2>&1
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# ls / /none &>/dev/null

可以看到我們先將標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到 /dev/null，對(duì)于錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)輸出全部又重定向到標(biāo)準(zhǔn)輸出，從而達(dá)到了將全部輸出禁止掉。

或者我們使用 & 將標(biāo)準(zhǔn)輸出與標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出全部重定向到 /dev/null，同樣能達(dá)到禁止輸出的效果。

3. 實(shí)例

3.1 需求

編寫(xiě)一個(gè)腳本，獲取 Linux 系統(tǒng)的 CPU 和內(nèi)存信息，然后輸出到文件中。

3.2 思路

可以利用函數(shù)來(lái)分別編寫(xiě) CPU 和內(nèi)存信息，最后利用重定向?qū)⑿畔⑤敵龅轿募小?/p>

3.3 實(shí)現(xiàn)

#!/bin/bash
# Description: sys check
# Auth: kaliarch
# Email: kaliarch@163.com
# function: sys check
# Date: 2020-03-29 14:00
# Version: 1.0

[ $(id -u) -gt 0 ] && echo "請(qǐng)用root用戶(hù)執(zhí)行此腳本！" && exit 1
sysversion=$(rpm -q centos-release|cut -d- -f3)
line="-------------------------------------------------"


[ -d logs ] || mkdir logs

sys_check_file="logs/$(ip a show dev eth0|grep -w inet|awk '{print $2}'|awk -F '/' '{print $1}')-`date +%Y%m%d`.txt"

# 獲取系統(tǒng)cpu信息
function get_cpu_info() {
    Physical_CPUs=$(grep "physical id" /proc/cpuinfo| sort | uniq | wc -l)
    Virt_CPUs=$(grep "processor" /proc/cpuinfo | wc -l)
    CPU_Kernels=$(grep "cores" /proc/cpuinfo|uniq| awk -F ': ' '{print $2}')
    CPU_Type=$(grep "model name" /proc/cpuinfo | awk -F ': ' '{print $2}' | sort | uniq)
    CPU_Arch=$(uname -m)
cat <<EOF | column -t
CPU信息:
物理CPU個(gè)數(shù): $Physical_CPUs
邏輯CPU個(gè)數(shù): $Virt_CPUs
每CPU核心數(shù): $CPU_Kernels
CPU型號(hào): $CPU_Type
CPU架構(gòu): $CPU_Arch
EOF
}

# 獲取系統(tǒng)內(nèi)存信息
function get_mem_info() {
    check_mem=$(free -m)
    MemTotal=$(grep MemTotal /proc/meminfo| awk '{print $2}')  #KB
    MemFree=$(grep MemFree /proc/meminfo| awk '{print $2}')    #KB
    let MemUsed=MemTotal-MemFree
    MemPercent=$(awk "BEGIN {if($MemTotal==0){printf 100}else{printf \"%.2f\",$MemUsed*100/$MemTotal}}")
    report_MemTotal="$((MemTotal/1024))""MB"        #內(nèi)存總?cè)萘?MB)
    report_MemFree="$((MemFree/1024))""MB"          #內(nèi)存剩余(MB)
    report_MemUsedPercent="$(awk "BEGIN {if($MemTotal==0){printf 100}else{printf \"%.2f\",$MemUsed*100/$MemTotal}}")""%"   #內(nèi)存使用率%

cat <<EOF
內(nèi)存信息：
${check_mem}
EOF
}

# 定義主函數(shù)
function sys_check() {
    get_cpu_info
    echo ${line}
    get_mem_info
    echo ${line}
}

# 執(zhí)行主函數(shù)將輸出重定向到文件中
sys_check > ${sys_check_file}

# 執(zhí)行測(cè)試
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# bash sys_check.sh
[root@xuel-terraform-cvm-0 ~]# cat logs/10.0.1.15-20200329.txt
CPU信息:
物理CPU個(gè)數(shù):  1
邏輯CPU個(gè)數(shù):  1
每CPU核心數(shù):  1
CPU型號(hào):      Intel(R)  Xeon(R)  CPU  E5-26xx  v4
CPU架構(gòu):      x86_64
-------------------------------------------------
內(nèi)存信息：
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           996        920         76          0        191        600
-/+ buffers/cache:        127        868
Swap:            0          0          0
-------------------------------------------------

可以看到利用了兩個(gè)函數(shù)來(lái)獲取系統(tǒng)的信息，將其利用重定向方式輸出到文件中。

4. 注意事項(xiàng)

  • 一條 shell 命令，都會(huì)繼承其父進(jìn)程的文件描述符，因此所有的 shell 命令，都會(huì)默認(rèn)有三個(gè)文件描述符；
  • 文件所有輸入輸出都是由該進(jìn)程所有打開(kāi)的文件描述符控制的，Linux 一切皆文件，因此他們的輸入輸出也是由文件描述符控制；
  • 在 <中分界符可以是自定義的任意字符，在此建議使用 EOF；
  • 在進(jìn)行文件追加的時(shí)候可以使用追加方式重定向，切記操作文件前備份老文件，以免文件內(nèi)容異常。

5. 小結(jié)

對(duì)于重定向特別適用于文件的操作或者某些不關(guān)注輸出結(jié)果的場(chǎng)景，在本章節(jié)需要注意覆蓋模式與追加模式的區(qū)別，靈活配合空設(shè)備對(duì)特定場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)用，理解三個(gè)文件描述符，百變不離其中靈活組合使用。