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Bash 的输入输出重定向详解

发表于
本文字数： 4.9k 阅读时长 ≈ 4 分钟

Linux 中每个进程维护了一个文件描述符表，如 shell 终端，默认有三个文件已打开，他们的文件描述符和文件对应关系为：

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fd 0: /dev/stdin -> /proc/self/fd/0（前者是指向后者的软链接，下同）
fd 1: /dev/stdout -> /proc/self/fd/1
fd 2: /dev/stderr -> /proc/self/fd/2

所以在该 shell 中创建新的的文件的描述符就从3开始。

用于输入输出重定向使用的文件描述符大于9，所以安全可用的自定义文件描述符范围就是：3-9

因为 Bash 文档 里有这样一句话：

Redirections using file descriptors greater than 9 should be used with care, as they may conflict with file descriptors the shell uses internally.

下面的几个例子会分别演示

1）输入输出重定向
2）复制输入输出文件描述符
3）移动输入输出文件描述符
4）关闭文件描述符和同时读写文件
5）将已重定向的输入/输出恢复到标准输入/标准输出

脚本例子1

这个例子讲的是 输出重定向 和 复制输出文件描述符

脚本内容：

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#!/bin/bash
# test.sh
echo "write to fd3..."
echo "fd3" >&3
echo "write to fd4..."
echo "fd4" >&4
echo "write to fd5..."
echo "fd5" >&5
echo "write to fd6..."
echo "fd6" >&6

输出：

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[root@jz ~]# sh test.sh 3>file3 4>file4 5>file5 6>file6
write to fd3...
write to fd4...
write to fd5...
write to fd6...
[root@jz ~]# cat file*
fd3
fd4
fd5
fd6
[root@jz ~]#

说明：

创建自定义的文件描述符（fd）从 3 开始。test.sh 脚本中 >&n（n 表示文件描述符，为 3, 4, 5, 6）表示：
复制 fd n 作为 fd 1（1 即标准输出的文件描述符）的值（这里的复制可以理解为复制 fd n 指向的文件指针，fd n 的值 n 实际上是数组下标，数组元素才是指向文件的指针）
也就是说，fd 1 复制了 fd n 的值之后，fd 1 原本指向文件 /dev/stdout，而现在与 fd n 指向相同的文件，n 必须与实际文件关联，这个文件描述符 n 才是有效的
在上文的例子中，通过执行脚本 test.sh，fd 3 关联（重定向）到了实际文件 file3，fd 4 关联到了实际文件 file4 等等
fd 3, 4, 5, 6 关联了实际文件之后，脚本中的 echo “fdN” >&N 就可以依次把标准输出的内容保存到不同的文件了

脚本例子2

这个例子讲的是 输入重定向 和 复制输入文件描述符

脚本内容：

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#!/bin/bash
# test.sh
echo "read from fd3..."
cat <&3
echo "read from fd4..."
cat <&4

输出：

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[root@jz ~]# sh test.sh 3<file3 4<file4
read from fd3...
fd3
read from fd4...
fd4
[root@jz ~]#

说明：

和输出重定向差不多，例子2脚本中标准输入分别复制了：输入文件描述符3、输入文件描述符4，使得标准输入分别指向 file3、file4
执行脚本时，fd 3、fd 4 分别重定向到了 file3、file4，所以脚本中 cat <&N 就会依次从 file3、file4 读取内容（file3、file 4 是例子1脚本执行后创建的）
上面两个例子讲的是“复制文件描述符”和“输入输出重定向”，bash shell 也支持“移动文件描述符”，下面的脚本将实验移动文件描述符。

脚本例子1

这个例子讲的是 移动输出文件描述符

脚本：

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#!/bin/bash
# move_fd.sh
echo "1: write to fd3..."
echo "fd3" >&3
echo "2: write to fd3..."
echo "fd3" >&3-
echo "3: write to fd3..."
echo "fd3" >&3

执行：

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[root@jz ~]# cat file3
fd3
[root@jz ~]#
[root@jz ~]# sh move_fd.sh 3>file3
1: write to fd3...
2: write to fd3...
3: write to fd3...
move_fn.sh: line 8: 3: Bad file descriptor
[root@jz ~]# cat file3
fd3
fd3
[root@jz ~]#

说明：

1）与复制文件描述符不同的是，脚本中 >&3- 表示在 fd 1 复制了 fd 3 的文件指针以后，fd 3 就会关闭，就好像 fd 3 移动到了 fd 1 一样
注意脚本执行结果，第1次写入内容到 fd 3 是正常的，第2次写入时也正常，但之后 fd 3 就被关闭，即 fd 3 不再重定向到文件 file3
所以第3次写入内容时，就会报错，显示坏掉的文件描述符

2）还有，一开始 file3 只有一行，最后变成了二行，因为脚本中的 echo 操作的文件从始至终都是 file3，脚本执行时，因为输出文件 fd 3 重定向到 file3
脚本开始执行，file3 被打开，直到脚本结束，file3 文件才被关闭，所以脚本中每次执行完 echo “fd3” >&3[-] 都是向 file3 新增一行
而不会像终端下直接执行：echo “fd3” > file3，每次都是覆盖文件，因为终端下每次执行 echo 都会单独打开/关闭文件 file3

脚本例子2

这个例子讲的是 移动输入文件描述符

脚本：

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#!/bin/bash
# move_fd.sh
echo "1: read from fd3..."
read ln <&3; echo $ln; ln=
echo "2: read from fd3..."
read ln <&3-; echo $ln; ln=
echo "3: read from fd3..."
read ln <&3; echo $ln; ln=

执行：

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[root@jz ~]# cat file3
fd3
fd3
fd3
[root@jz ~]# sh move_fd.sh 3<file3
1: read from fd3...
fd3
2: read from fd3...
fd3
3: read from fd3...
move_fd.sh: line 8: 3: Bad file descriptor

[root@jz ~]#

说明：

脚本中使用 read 命令而不是 cat，因为 read 可以逐行读取文件，而 cat 会一次把文件所有行都读取完
类似脚本例子1，这里 <&3- 把输入文件描述符3关闭之后，下次执行 read 命令就会报错

如果脚本例子2内容如下：

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#!/bin/bash
# move_fd.sh
echo "1: read from fd3..."
cat <&3
echo "2: read from fd3..."
cat <&3-
echo "3: read from fd3..."
cat <&3

输出结果是：

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[root@jz ~]# sh move_fd.sh 3<file3
1: read from fd3...
fd3
fd3
fd3
2: read from fd3...
3: read from fd3...
[root@jz ~]#

可以看到，cat 并不会报错，可能是在 cat 一次读完文件后，cat 先判断文件是否读完，再判断文件描述符3是否可用（因为已读完就无需判断是否可用），所以不会报错

创建文件描述符来同时读写文件

语法：n<>filename

n 为文件描述符
filename 为实际文件名
n 不写时表示 fd 0

举例脚本：

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#!/bin/bash
# test.sh
# 如下命令行表示把输入/输出同时重定向到 inputfile 文件，而文件描述符是3
# 然后让标准输入指向 inputfile 文件，标准输出也指向 inputfile 文件
# 执行 exec 后，下面的命令标准输出都保存到 inputfile 文件，标准输入都读取自 inputfile
# 只有标准错误输出依旧是屏幕
exec 3<>inputfile <&3 >&3
echo -n "1234"
ls xxxx
cat

结果：

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[root@jz ~]# cat inputfile
abcde
dsfsf
[root@jz ~]# sh test.sh
ls: cannot access xxxx: No such file or directory
[root@jz ~]# cat inputfile
1234e
dsfsf
e
dsfsf
[root@jz ~]#

说明：

以上输出结果很复杂，涉及到文件读写操作的实现细节，猜测如下：
脚本执行后，执行到 exec 命令行，文件 inputfile 被打开，文件读写指针应该是指向文件开头的
此时运行 echo 命令行，把 1234 写入到文件开头位置，覆盖掉 abcde 前4个字符变成 1234e，读写指针在字符 e 的位置
执行 ls 时因为文件不存在，信息输出到标准错误，所以文件 inputfile 读写指针位置不变
执行 cat 从字符 e 开始读取，直到文件结尾，读到的内容是：
e
dsfsf

因为文件被 exec 打开，cat 并不会关闭文件，cat 读取出来的内容会再次写入 inputfile 文件，此时读写指针在文件结尾
cat 读出的内容添加到文件结尾之后，变成：
1234e
dsfsf
e
dsfsf

关闭文件描述符

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<&- 关闭标准输入
>&- 关闭标准输出
n<&- 表示将 n 号输入关闭
n>&- 表示将 n 号输出关闭

举例脚本：

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[root@jz ~]# cat <&-           # 关闭标准输入
cat: -: Bad file descriptor
cat: closing standard input: Bad file descriptor
[root@jz ~]# ls >&-            # 关闭标准输出
ls: write error: Bad file descriptor
[root@jz ~]# ls xxxx 2>&-      # xxxx 文件不存在，关闭标准错误后，错误信息不会输出
[root@jz ~]#

最后，说说怎么恢复到标准输入/标准输出

其实很简单，上文已经讲了复制文件描述符，只需要把标准输入输出，或标准错误先复制保存，之后恢复即可。

举例脚本：

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#!/bin/bash
# test.sh
read -p "Enter to continue ..."

执行：

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[root@jz ~]# cat file3
fd3
fd3
fd3
[root@jz ~]# sh test.sh
Enter to continue ...
[root@jz ~]# sh test.sh <file3    # 脚本的输入被重定向到 file3 后，read 命令直接读取了 file3 的行，不再显示 Enter ...
[root@jz ~]#

那么，怎么把 read 的输入恢复到标准输入，再次询问用户按回车继续呢？

把脚本改成：

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#!/bin/bash
# test.sh
read -p "Enter to continue ..." <&3

然后用如下方式执行脚本：

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sh test.sh 3<&0 <file3

执行脚本时，它的含义是先创建一个新的文件描述符3，fd 3 复制 fd 0 的值，就把 fd 0 保存到 fd 3 了，然后在脚本中 read 命令的标准输入文件描述符从 fd 3 复制回来即可。

参考：

https://www.gnu.org/software/bash/manual/html_node/Redirections.html