Стандартные потоки ввода/вывода

Материал из Xgu.ru

Короткий URL: stdin

Стандартные потоки ввода и вывода в UNIX/Linux наряду с файлами являются одним из наиболее распространённых средств для обмена информацией процессов с внешним миром, а перенаправления >, >> и |, одной из самых популярных конструкций командного интерпретатора.

На этой странице рассматриваются как базовые вопросы использования потоков ввода/вывода, так и тонкости и хитрости, например, почему не работает echo text | read ver и многие другие.

Содержание 1 Потоки и файлы 2 Каналы 3 Программы фильтры 4 Переменные командного интерпретатора и потоки 5 Именованные каналы 6 Потоки ввода/вывода и терминал 7 Подстановка процесса 8 Перенаправление вывода скрипта 9 Поменять местами стандартный поток вывода и стандартный поток ошибок 10 Просмотр прогресса и скорости обработки данных в потоке 11 Дополнительная информация

[править] Потоки и файлы

Процесс взаимодействия с пользователем выполняется в терминах записи и чтения в файл. То есть вывод на экран представляется как запись в файл, а ввод — как чтение файла. Файл, из которого осуществляется чтение, называется стандартным потоком ввода, а в который осуществляется запись — стандартным потоком вывода.

Стандартные потоки — воображаемые файлы, позволяющие осуществлять взаимодействие с пользователем как чтение и запись в файл. Кроме потоков ввода и вывода, существует еще и стандартный поток ошибок, на который выводятся все сообщения об ошибках и те информативные сообщения о ходе работы программы, которые не могут быть выведены в стандартный поток вывода.

Стандартные потоки привязаны к файловым дескрипторам с номерами 0, 1 и 2.

• Стандартный поток ввода (stdin) — 0;
• Стандартный поток вывода (stdout) — 1;
• Стандартный поток ошибок (stderr) — 2.

Вывод данных на экран и чтение их с клавиатуры происходит потому, что по умолчанию стандартные потоки ассоциированы с терминалом пользователя. Это не является обязательным — потоки можно подключать к чему угодно — к файлам, программам и даже устройствам. В командном интерпретаторе bash такая операция называется перенаправлением.

< файл

Использовать файл как источник данных для стандартного потока ввода.

> файл

Направить стандартный поток вывода в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — перезаписан сверху.

2> файл

Направить стандартный поток ошибок в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — перезаписан сверху.

>>файл

Направить стандартный поток вывода в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — данные будут дописаны к нему в конец.

2>>файл

Направить стандартный поток ошибок в файл. Если файл не существует, он будет создан; если существует — данные будут дописаны к нему в конец.

&>файл или >&файл

Направить стандартный поток вывода и стандартный поток ошибок в файл. Другая форма записи: >файл 2>&1.

>&-

Закрыть поток вывода перед вызовом команды (спасибо [1]);

2>&-

Закрыть поток ошибок перед вызовом команды (спасибо [2]);

cat <<EOF

Весь текст между блоками EOF (в общем случае вместо EOF можно использовать любое слово) будет выведен на экран. Важно: перед последним EOF не должно быть пробелов! (heredoc синтаксис).

EOF

<<<string

Аналогично, но только для одной строки (для bash версии 3 и выше)

Пример. Эта команда объединяет три файла: header, body и footer в один файл letter:

%$ cat header body footer > letter

Команда cat по очереди выводит содержимое файлов, перечисленных в качестве параметров на стандартный поток вывода. Стандартный поток вывода перенаправлен в файл letter.

Здесь используется сразу перенаправление стандартного потока ввода и стандартного потока вывода:

%$ sort < unsortedlines > sortedlines

Программа sort сортирует данные, поступившие в стандартный поток ввода, и выводит их на стандартный поток вывода. Стандартный поток ввода подключен к файлу unsortedlines, а выход записывается в sortedlines.

Здесь перенаправлены потоки вывода и ошибок:

%$ find /home -name '*.rpm' >rpmlist 2> /dev/null

Программа find ищет в каталоге /home файлы с суффиксом .rpm. Список найденных файлов записывается в файл rpmlist. Все сообщения об ошибках удаляются. Удаление достигается при помощи перенаправления потока ошибок на устройство /dev/null — специальный файл, означающий ничто. Данные, отправленные туда, безвозвратно исчезают. Если же прочитать содержимое этого файла, он окажется пуст.

Для того чтобы лучше понять, что потоки работают как файлы, рассмотрим такой пример:

%$ cat > /tmp/fff &
[1] 28378
[1]+  Stopped                 cat > /tmp/fff
%$ ls -l /proc/28378/fd/
total 0
lrwx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:58 0 -> /dev/pts/1
l-wx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:58 1 -> /tmp/fff
lrwx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:58 2 -> /dev/pts/1
l-wx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:58 5 -> pipe:[13325]
lr-x------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:58 7 -> pipe:[13329]

Программа cat запускается для записи данных в файл /tmp/fff. Он запускается в фоне (&), и получает номер работы 1 ([1]). Процесс этой программы имеет номер 28378.

Информация о процессе 28738 находится в каталоге /proc/28738 специальной псевдофайловой системы /proc. В частности, в подкаталоге /proc/28738/fd/ находится список файловых дескрипторов для открытых процессом файлов.

Здесь видно, что стандартный поток ввода (0), и стандартный поток ошибок (2) процесса подключены на терминал, а вот стандартный поток вывода (1) перенаправлен в файл.

Завершить работу программы cat можно командой kill %1.

Командный интерпретатор — это тоже процесс. И у него есть стандартные потоки ввода и вывода. Если интерпретатор работает в интерактивном режиме, то они подключены на консоль (вывода на экран; чтение с клавиатуры). Можно обратиться напрямую к этим потокам изнутри интерпретатора:

• /dev/stdin — стандартный поток ввода;
• /dev/stdout — стандартный поток вывода;
• /dev/stderr — стандартный поток ошибок.

Например, здесь видно, что потоки ссылаются в конечном итоге на файл-устройство терминала, с которым работает интерпретатор:

%$ ls -l /dev/std*
lrwxrwxrwx 1 root root 15 2009-06-17 23:54 /dev/stderr -> /proc/self/fd/2
lrwxrwxrwx 1 root root 15 2009-06-17 23:54 /dev/stdin -> /proc/self/fd/0
lrwxrwxrwx 1 root root 15 2009-06-17 23:54 /dev/stdout -> /proc/self/fd/1
%$ ls -l /proc/self/fd/[012]
lrwx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:16 /proc/self/fd/0 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:16 /proc/self/fd/1 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 igor igor 64 2009-06-24 18:16 /proc/self/fd/2 -> /dev/pts/1
%$ tty
/dev/pts/1

[править] Каналы

Стандартные потоки можно перенаправлять не только в файлы, но и на вход других программ. Если поток вывода одной программы соединить с потоком ввода другой программы, получится конструкция, называемая каналом, конвейером или пайпом (от англ. pipe, труба).

В bash канал выглядит как последовательность команд, отделенных друг от друга символом |:

команда1 | команда2 | команда3 ...

Стандартный поток вывода команды1 подключается к стандартному потоку ввода команды2, стандартный поток вывода команды2 в свою очередь подключается к потоку ввода команды3 и т.д.

В UNIX/Linux существует целый класс команд, предназначенных для преобразования потоков данных в каналах. Такие программы известны как фильтры. Программа-фильтр читает данные, поступающие со стандартного потока ввода (на вход), преобразовывает их требуемым образом и выводит на стандартный поток вывода (на выход). Существует множество хорошо известных фильтров, призванных решать определенные задачи, и являющихся незаменимым инструментом в руках пользователя ОС.

Каналы в ОС Linux являются одной из наиболее часто применяемых конструкций, а фильтры — наиболее часто применяемых программ. Большинство повседневных задач в Linux легко решаются при помощи конструкций построенных на основе нескольких фильтров.

Программы, образующие канал, выполняются параллельно как независимые процессы.

Можно создавать ответвление в каналах. Команда tee позволяет сохранять данные, передающиеся в канале:

tee [опции] файл

Программа tee копирует данные, поступающие на стандартный поток ввода, в указанные в качестве аргументов команды файлы, и передает данные на стандартный поток вывода.

Рассмотренный ниже пример: сортируется файл unsortedlines и результат записывается в sortedlines.

%$ cat unsortedlines | sort > sortedlines

Команда выполняет те же действия, но запись является более наглядной.

Вот пример посложнее. Вывести название и размер пользовательского каталога, занимающее наибольшее место на диске.

$ du -s /home/* | sort -nr | head -1

Программа du, при вызове ее с ключом -s, сообщает суммарный объем каждого каталога или файла, перечисленного в ее параметрах.

Ключ -n команды sort означает, что сортировка должна быть арифметической, т.е. строки должны рассматриваться как числа, а не как последовательности символов (Например, 12>5 в то время как строка '12'<'5' т.к. сравнение строк производится посимвольно и '1'<'5'). Ключ -r означает изменения порядка сортировки — с возрастающего на убывающий.

Команда head выводит несколько первых строк поступающего на ее вход потока, отбрасывая все остальные. Ключ -1 означает, что надо вывести только одну строку.

Таким образом, список пользовательских каталогов с их суммарным объемом арифметически сортируется по убыванию, и из полученного списка берется первая строка, т.е. строка с наибольшим числом, соответствующая самому объемному каталогу.

Использование команды tee:

$ sort text | tee sorted_text | head -n 1

Содержимое файла text сортируется, и результат сортировки записывается в файл sorted_text. Первая строка отсортированного текста выдается на экран.