Shell 输入/输出重定向

《Shell 输入/输出重定向》深度学习版 🧠

🎉 欢迎来到 Shell 编程中非常关键的一章 —— 输入/输出重定向（I/O Redirection）。掌握它，你将能够完全控制命令的输入来源和输出目的地，实现日志记录、批量处理、错误隔离、自动化任务等高级功能！

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🎯 学习目标

• 理解标准输入（stdin）、标准输出（stdout）、标准错误（stderr）的基本概念
• 掌握常见的输入/输出重定向操作符（>, >>, <, 2>, &>, |, tee 等）
• 能在实际脚本中灵活使用重定向进行日志记录、错误处理、管道组合等操作
• 学会结合 grep, awk, sed, tail 等工具提升数据处理能力
• 避免常见陷阱和语法错误，写出健壮可靠的 Shell I/O 控制语句

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⭐ 核心重点（知识点速览）

类型	内容	描述
文件描述符	stdin(0), stdout(1), stderr(2)	所有 I/O 的基础
输出重定向	>、>>	覆盖或追加写入文件
错误重定向	2>、2>>	单独处理错误信息
合并重定向	&>、1>&2	同时控制多个输出流
输入重定向	<、<<、<<<	改变命令输入来源
管道机制	`cmd1	cmd2`
常用工具	tee, cat, logger	辅助调试与日志记录

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📖 详细讲解

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一、基本概念：三个标准流 🔄

所有 Shell 命令都默认拥有以下三个“标准流”：

文件描述符	名称	默认行为
0	stdin	从键盘读取输入
1	stdout	输出到终端屏幕
2	stderr	错误信息也输出到终端

✅ 示例：查看当前进程的标准文件描述符

ls -l /proc/$$/fd

你会看到类似：

0 -> /dev/pts/0
1 -> /dev/pts/0
2 -> /dev/pts/0

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二、输出重定向 > 和 >> 📤

• >：覆盖写入文件
• >>：追加写入文件

✅ 示例：将 ls 输出保存到文件

ls > file_list.txt     # 覆盖
ls >> file_list.txt    # 追加

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三、错误重定向 2> 和 2>> 🔴

单独捕获错误信息，不干扰正常输出。

✅ 示例：只记录错误信息

grep "error" /var/log/syslog 2> error.log

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四、合并标准输出和标准错误 🟢🔴

• &>：同时重定向 stdout 和 stderr（覆盖）
• &>>：同时重定向 stdout 和 stderr（追加）

✅ 示例：完整记录脚本执行过程

./my_script.sh &> script_output.log

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五、输入重定向 <、<<、<<< 📥

• <：从文件读取输入
• <<：Here Document，从脚本中读取多行文本
• <<<：Here String，传递单个字符串作为输入

✅ 示例：使用 Here Document 创建配置文件

cat << EOF > config.conf
[app]
name = MyApp
version = 1.0
EOF

生成的 config.conf 内容如下：

[app]
name = MyApp
version = 1.0

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六、管道 |：连接命令 🔗

将前一个命令的输出作为后一个命令的输入。

✅ 示例：统计 /etc/passwd 中用户数量

cat /etc/passwd | wc -l

或者更简洁写法：

wc -l < /etc/passwd

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七、tee 命令：双重输出 🪞

将输出既显示在屏幕上，又保存到文件中。

✅ 示例：实时监控并记录日志

ping google.com | tee ping_log.txt

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八、实战案例分析 🧪

🎯 场景一：自动备份日志并清空旧内容 📄

cp /var/log/app.log /backup/app_$(date +%Y%m%d).log && > /var/log/app.log

解释：

• cp ... &&：备份完成后
• > app.log：清空原日志文件内容（零字节）

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🎯 场景二：分离标准输出和标准错误 📊

./run_app.sh > output.log 2> error.log

这样可以分别查看程序输出和错误信息。

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🎯 场景三：模拟登录验证并记录日志 🛡️

valid_user="admin"
valid_pass="password"

read -p "用户名：" user
read -sp "密码：" pass

if [ "$user" = "$valid_user" ] && [ "$pass" = "$valid_pass" ]; then
    echo "$(date): 用户 $user 登录成功" >> auth.log
    echo "✅ 登录成功"
else
    echo "$(date): 用户 $user 登录失败" >> auth.log
    echo "❌ 登录失败"
fi

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🎯 场景四：批量执行命令并记录结果 📤

#!/bin/bash

input_file="commands.txt"
output_file="results.log"

while read -r cmd; do
    echo "执行命令: $cmd" >> "$output_file"
    eval "$cmd" >> "$output_file" 2>&1
done < "$input_file"

commands.txt 内容示例：

ls -la
df -h
uptime

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九、不同系统的差异与注意事项 ⚠️

项目	Bash	Dash (Ubuntu 默认)	zsh
支持 >	✅	✅	✅
支持 2>	✅	✅	✅
支持 &>	✅	✅（dash 可能需升级）	✅
支持 <<	✅	✅	✅
支持 <<<	✅	✅	✅
推荐脚本开头	#!/bin/bash	#!/bin/sh	#!/bin/zsh
注意子 shell 变量作用域	是	是	是

📝 小贴士：

• 在 Ubuntu 中默认 /bin/sh 是 dash，虽然支持大多数重定向，但建议使用 bash。
• 使用双引号包裹变量，防止路径含空格出错。
• 重定向顺序很重要，例如 > file 2>&1 表示将 stderr 也重定向到 stdout。
• > 会覆盖文件，使用 >> 更安全。

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⚠️ 常见陷阱 & 解决方案

问题	原因	解决方法
command not found	路径未正确设置	使用绝对路径或 which 查看
Permission denied	文件权限不足	使用 chmod 或 sudo
ambiguous redirect	文件名含有空格	使用双引号包裹变量
No such file or directory	文件不存在且无法创建	检查目录权限或路径拼写
Bad file descriptor	文件描述符编号错误	检查是否使用了非法编号如 3>

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🧠 总结与小贴士

技巧	说明
> 是 Shell 的“输出控制器”	让你能自由指定输出去向
2> 是“错误处理器”	专门处理错误信息，便于调试
`	` 是“数据管道”
tee 是“双面镜”	显示输出的同时保存日志
<< 是“内嵌文档”	适合写模板、配置片段
推荐统一使用 bash 编写脚本	功能更强，兼容性更好
使用双引号包裹变量	防止空格或特殊字符出错

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📚 推荐练习题（可选）

1. 编写一个脚本，将系统当前时间、负载信息写入日志文件，并保留最近 5 条记录。
2. 写一个脚本，循环执行 ping，并将失败的信息记录到日志中。
3. 实现一个函数 log()，接收等级和消息参数，自动添加时间戳并写入日志文件。
4. 编写一个脚本，将 top 命令运行 10 秒后自动退出，并将结果保存到文件。
5. 创建一个菜单脚本，每次选择都会记录到日志文件中，并附带时间戳。