Linux：八种重定向详解（万字长文警告）
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本文将讨论Linux中的重定向相关问题，在阅读本文前，强烈建议先学习文件描述符的相关内容Linux：文件描述符详解。
重定向分为两类：第一类是全局重定向，它对后续在Bash中创建的所有子进程都生效（因为文件描述符的继承）；第二类是命令重定向，它只对单个命令生效。
全局重定向
输入重定向
exec [number|varname]< filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# [number|varname]和<之间不能有空格输入重定向会首先将文件名进行拓展（如参数扩展和命令替换），如果使用number，会在文件描述符number上以读模式打开该文件（实际上，系统调用open打开一个文件返回的文件描述符是最小可用的整数值，这是不能直接控制的，但可以用系统调用dup、dup2或fcntl进行复制）；如果使用varname，则会自动分配一个大于等于10的文件描述符并将其赋值给变量varname；如果未指定number或varname，则默认为标准输入（文件描述符0）。
例1展示了指定数字分配文件描述符和自动分配文件描述符的过程。
例1
[zhangchen@EDA Desktop]$ psPID TTY TIME CMD34005 pts/0 00:00:00 bash34070 pts/0 00:00:00 ps
[zhangchen@EDA Desktop]$ ls -al /proc/34005/fd # 查询bash进程的文件描述符
total 0
dr-x------. 2 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 .
dr-xr-xr-x. 9 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 ..
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 0 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 1 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 2 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:09 255 -> /dev/pts/0
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec 5< test1 # 指定数字分配文件描述符
[zhangchen@EDA Desktop]$ ls -al /proc/34005/fd
total 0
dr-x------. 2 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 .
dr-xr-xr-x. 9 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 ..
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 0 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 1 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 2 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:09 255 -> /dev/pts/0
l-wx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 5 -> /home/zhangchen/Desktop/test1
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec {fd}< test2 # 自动分配文件描述符
[zhangchen@EDA Desktop]$ echo $fd
10
[zhangchen@EDA Desktop]$ ls -al /proc/34005/fd
total 0
dr-x------. 2 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 .
dr-xr-xr-x. 9 zhangchen zhangchen 0 Sep 24 14:08 ..
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 0 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 1 -> /dev/pts/0
l-wx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 10 -> /home/zhangchen/Desktop/test2
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 2 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:09 255 -> /dev/pts/0
l-wx------. 1 zhangchen zhangchen 64 Sep 24 14:08 5 -> /home/zhangchen/Desktop/test1例2展示了输入重定向过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例2
# 文件：redirection.sh
exec 5< test1
exec {fd}< test2[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_RDONLY) = 3
fcntl(5, F_GETFD) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
dup2(3, 5) = 5
close(3) = 0
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [], 8) = 0
open("test2", O_RDONLY) = 3
fcntl(3, F_DUPFD, 10) = 10
close(3)
*****可以看出，在系统调用open打开文件test1和test2时，返回的文件描述符都是其实3，但是系统调用dup2(3, 5)和fcntl(3, F_DUPFD, 10)将其复制为了文件描述符5和10。系统调用open的参数O_RDONLY表示以只读模式打开。
如果在交互式bash中，将标准输入重定向为了其他文件，则终端会直接退出，如例3所示。
# 例3
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec 0< test # 终端会直接退出
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec 0< test; sleep 5 # 终端会在等待5秒后退出下面的命令可以关闭已打开的文件描述符，如例4所示。
exec [number|varname]<& -
exec [number|varname]>& -
# 两种命令效果是一样的，并不区分输入还是输出
# 它们唯一的区别在于，不指定number或varname时
# <&-默认指的是关闭标准输入描述符，即0<&-；>&-默认指的是关闭标准输出描述符，即1>&-
# [number|varname]和<、>和&之间不能有空格，和-间可以有# 例4
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec 5<& - # 关闭文件描述符5
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec {fd}>& - # fd的值为10，因此关闭文件描述符10
输出重定向
exec [number|varname]>[|] filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# [number|varname]和>h和[|]之间不能有空格输出重定向会首先将文件名进行拓展（如参数扩展和命令替换），如果使用number，会在文件描述符number上以写模式打开该文件，如果文件不存在则会创建它；如果使用varname，则会自动分配一个大于等于10的文件描述符并将其数字赋值给变量varname；如果未指定number或varname，则默认为标准输出（文件描述符1）。
如果重定向操作符是>，并且启用了noclobber选项（通过命令set -o noclobber启用），则如果目标文件已经存在且是常规文件，则重定向会失败。
如果重定向操作符是>|，或者使用>但未启用noclobber选项，则如果目标文件已经存在，会将其截断为零字节。
例5展示了输出重定向过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例5
# 文件：redirection.sh
set -o noclobber
exec 5> test1 # 重定向失败
exec {fd}>| test2[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
write(2, "redirection.sh: line 2: test1: c"..., 62redirection.sh: line 2: test1: cannot overwrite existing file
) = 62
open("test2", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
fcntl(3, F_DUPFD, 10) = 10
close(3)
*****系统调用open的参数O_WDONLY表示以只写模式打开，参数O_CREAT表示如果文件不存在，则创建它，参数O_TRUNC表示如果文件已存在，则将其内容截断为零字节。
例6展示了输出重定向后，后续命令的输出都不出现在终端。
# 例6
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec > test1 # 标准输出（文件描述符1）重定向到文件test1
[zhangchen@EDA Desktop]$ echo 123456789 # 向标准输出（文件描述符1）输出文本
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec >&- # 关闭标准输出（文件描述符1）
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test1 # 向标准输出（文件描述符1）输出文本
cat: standard output: Bad file descriptor # 标准输出（文件描述符1）已被关闭
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec > /dev/pts/0 # 重新让标准输出（文件描述符1）指向终端
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test1 # 向标准输出（文件描述符1）输出文本
123456789 # 成功输出文本例6中还存在一个插曲，当将标准输出重定向到test1并写入文本12345678后，使用exec >&-关闭文件描述符，此时如果尝试使用cat输出test1文件的内容会报错，这是因为此时标准输出，即文件描述符0并未指向有效的终端，因此需要将标准输出重定向回终端，此时才能正常显示。
输出追加重定向
exec [number|varname]>> filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# [number|varname]和>>之间不能有空格与输出重定向类似，不同的是，如果文件已经存在，则新的输出将附加到文件末尾，而不会清空原有内容。
例7展示了输出追加重定向过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例7
# 文件：redirection.sh
exec 5>> test1[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0666) = 3
fcntl(5, F_GETFD) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
dup2(3, 5) = 5
close(3) = 0
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [], 8) = 0
*****系统调用open的参数O_WDONLY表示以只写模式打开，参数O_CREAT表示如果文件不存在，则创建它，参数O_APPEND表示在写入数据时，所有数据都会追加到文件的末尾，而不是从文件开头开始写入。
例8展示了输出追加重定向后，输出的内容是追加到文件末尾的。
# 例8
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test1
123456789
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec >> test1 # 标准输出（文件描述符1）重定向到文件test1
[zhangchen@EDA Desktop]$ echo 123456789 # 向标准输出（文件描述符1）输出文本
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec >&- # 关闭标准输出（文件描述符1）
[zhangchen@EDA Desktop]$ exec > /dev/pts/0 # 重新让标准输出（文件描述符1）指向终端
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test1 # 向标准输出（文件描述符1）输出文本
123456789 # 追加输出
123456789标准输出和标准错误重定向
exec &> filename # 更好的格式
exec >& filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# &和>之间不能有空格标准输出和标准错误重定向会首先将文件名进行拓展（如参数扩展和命令替换），然后将标准输出（文件描述符1）和标准错误输出（文件描述符2）都重定向到同一个文件。
需要注意的是，使用>&时文件不能扩展为number或-，如果是，则会被当作是复制文件描述符（见后），这是为了兼容性考虑。
例9展示了标准输出和标准错误重定向过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例9
# 文件：redirection.sh
exec &> test1[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
dup2(3, 1) = 1
close(3) = 0
dup2(1, 2) = 2
*****在系统调用open打开文件test1时，返回的文件描述符是3，而dup2(3, 1)将其复制为了文件描述符1，进一步dup2(1, 2)将文件描述符1复制为了文件描述符2，此时文件描述符1和2都指向test1文件。
例10展示了标准输出和标准错误重定向后，后续命令的输出不出现在终端。
# 例10
# 文件：redirection.sh
exec &> test1
echo "This is standard output" # 标准输出
ls non_existent_file # 这将导致错误，产生标准错误
echo "This will also be standard output" # 另一个标准输出[zhangchen@EDA Desktop]$ bash redirection.sh
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test
This is standard output
ls: cannot access non_existent_file: No such file or directory
This will also be standard output标准输出和标准错误追加重定向
exec &>> filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# &和>>之间不能有空格与标准输出和标准错误重定向类似，不同的是，如果文件已经存在，则新的输出将附加到文件末尾，而不会清空原有内容。
例11展示了标准输出和标准错误追加重定向过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例11
# 文件：redirection.sh
exec &>> test1[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0666) = 3
dup2(3, 1) = 1
close(3) = 0
dup2(1, 2) = 2
*****在系统调用open打开文件test1时，返回的文件描述符是3，而dup2(3, 1)将其复制为了文件描述符1，进一步dup2(1, 2)将文件描述符1复制为了文件描述符2，此时文件描述符1和2都指向test1文件。
例12展示了标准输出和标准错误追加重定向后，输出的内容是追加到文件末尾的。
# 例12
# 文件：redirection.sh
exec &> test1
echo "This is standard output" # 标准输出
ls non_existent_file # 这将导致错误，产生标准错误
echo "This will also be standard output" # 另一个标准输出[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test
12345678
[zhangchen@EDA Desktop]$ bash redirection.sh
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test
12345678
This is standard output
ls: cannot access non_existent_file: No such file or directory
This will also be standard output复制文件标识符
exec [number|varname]<& filename
exec [number|varname]>& filename
# 两种命令效果是一样的，并不区分输入还是输出，，但建议与被复制（关闭）的文件描述符方向一致
# 它们唯一的区别在于，不指定number或varname时
# <& filename默认指的是被复制（关闭）的标准输入描述符，即0<& filename；>& filename默认指的是被复制（关闭）的标准输出描述符，即1>& filename
# [number|varname]和<、>和&之间不能有空格- 如果filename展开为数字，则其表示要被复制的文件描述符，那么文件描述符number（指定）或varname（自动分配）将成为该文件描述符的副本，即指向同一个文件。
- 如果filename展开为-，则其表示要关闭文件描述符。
- 如果filename展开文件名，则其表示标准输出和标准错误重定向。
- 其他情况下，会出现错误。
例13展示了复制文件标识符过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例13
# 文件：redirection.sh
exec 3> test1
exec 4>& 3[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [], 8) = 0
fcntl(4, F_GETFD) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
dup2(3, 4) = 4
*****在系统调用open打开文件test1时，返回的文件描述符是3，此时不再需要系统调用dup2调整了，因为这就是我们指定的数字，而dup2(3, 4)将其复制为了文件描述符4，此时文件描述符3和4都指向test1文件。
移动文件描述符
exec [number|varname]<& number-
exec [number|varname]>& number-
# 两种命令效果是一样的，并不区分输入还是输出，但建议与被移动的文件描述符方向一致
# 它们唯一的区别在于，不指定number或varname时
# <& number-默认指的是移动到标准输入描述符，即0<& number-；>& number-默认指的是标准输出描述符，即1>& number-
# [number|varname]和<、>和&之间不能有空格，number和-之间不能有空格，&与和number之间可以有空格该命令将文件描述符number复制为文件描述符number（指定）或varname（自动分配），并在此后关闭文件描述符number。
例14展示了移动文件描述符过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例14
# 文件：redirection.sh
exec 3> test1
exec 4>& 3-[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [], 8) = 0
fcntl(4, F_GETFD) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
fcntl(4, F_GETFD) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
dup2(3, 4) = 4
fcntl(3, F_GETFD) = 0
close(3) = 0
*****可以看到，在系统调用dup2将文件描述符3赋值为了文件描述符4后，紧接着就是用系统调用close关闭了文件描述符3。
输入和输出重定向
exec [number|varname]<> filename
# 如果不使用exec，则无法影响当前Bash进程
# [number|varname]和<和>之间不能有空格以读写方式打开一个文件，是用文件描述符number（指定）或varname（自动分配），如果未指定number或varname，则默认为标准输入（文件描述符0）。
例15展示了移动文件描述符过程中的系统调用，由于strace无法直接在交互式bash中追踪内建命令exec，我们选择编写一个测试脚本。
# 例15
# 文件：redirection.sh
exec 3<> test1[zhangchen@EDA Desktop]$ strace bash redirection.sh
*****
open("test1", O_RDWR|O_CREAT, 0666) = 3
*****系统调用open的参数O_RDWR表示以读写模式打开，参数O_CREAT表示如果文件不存在，则创建它。
叠加使用
上面的八种重定向命令，可以多个混合使用，此时从左往右依次执行，如下所示。
exec &> filename 等价于 exec > filename 2>& 1或exec > filename 2<& 1（不建议）
exec &>> filename 等价于 exec > filename 2>>& 1或exec > filename 2<<& 1（不建议）命令重定向
全局重定向的影响范围很广，所有后续的命令都会受到影响（因为文件描述符继承），但命令重定向只针对一条命令而言，重定向只发生在子进程中，其他都是相同的。
下面给了一个例子，将echo命令的标准输出（文件描述符1）重定向至文件test1。
[zhangchen@EDA Desktop]$ echo test_message > test1
[zhangchen@EDA Desktop]$ cat test1
test_message下面展示了命令重定向过程中的系统调用情况。
# 文件：redirection.sh
ls > test1
echo 111111111111111111111
[zhangchen@EDA Desktop]$ strace -f bash redirection.sh # -f选项很重要，加上它才能追踪子进程的系统调用
*****
[pid 71192] open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
[pid 71192] dup2(3, 1) = 1
[pid 71192] close(3) = 0
[pid 71192] execve("/usr/bin/ls", ["ls"], 0x12f4bb0 /* 66 vars */) = 0
*****
write(1, "111111111111111111111\n", 22111111111111111111111 # 后面一串是命令的输出
) = 22
*****可以看到，系统调用open是在子进程[pid 71192]中进行的，echo的输出使用原本的标准输出（文件描述符1），即还是原来的终端，所以在后面看到了命令的输出。
细心的人可能会发现，echo命令并没有创建子进程，虽然echo命令不是内建命令，但它是直接在原bash进程中执行的，如果重定向它的标准输入输出，岂不是会影响全局？其实不会，下面举例说明。
# 文件：redirection.sh
echo 111111111111111111111 > test1
echo 222222222222222222222[zhangchen@EDA Desktop]$ strace -f bash redirection.sh # -f选项很重要，加上它才能追踪子进程的系统调用
open("test1", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
fcntl(1, F_GETFD) = 0
fcntl(1, F_DUPFD, 10) = 10
fcntl(1, F_GETFD) = 0
fcntl(10, F_SETFD, FD_CLOEXEC) = 0
dup2(3, 1) = 1
close(3) = 0
fstat(1, {st_mode=S_IFREG|0664, st_size=0, ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f6e4f095000
write(1, "111111111111111111111\n", 22) = 22
dup2(10, 1) = 1
fcntl(10, F_GETFD) = 0x1 (flags FD_CLOEXEC)
close(10) = 0
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [], 8) = 0
write(1, "222222222222222222222\n", 22222222222222222222222
) = 22
*****原来在使用dup2函数将标准输出（文件描述符1）指向test1前，先使用了fcntl(1, F_DUPFD, 10)将文件描述符1原本指向的终端保存了下来，第一个echo执行后，又使用了dup2(10, 1) 将其还原！