I/O重定向的原理和实现
在Unix系统中，每个进程都有STDIN、STDOUT和STDERR这3种标准I/O，它们是程序最通用的输入输出方式。
在日常操作中，我们很习惯的用上了重定向和管道( 1|2 ：1的输出作为2的输入)操作，那么究竟原理是怎样的呢？
我们知道每个进程都会维护一个文件描述符表（FILE DESCRIPTOR TABLE），用以定位被打开的文件。
实际上，表中的记录（文件描述符）是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。
在进程创建时，内核为进程默认创建了0、1、2三个特殊的FD，这就是STDIN、STDOUT和STDERR。
当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。
接下去我们要从文件描述符展开介绍重定位和管道是怎么一回事，先看一下文件描述符表的示意图。
很清晰的可以看出来之前描述的情况，接着我们研究重定向，用 ls /bin > testfile.txt为例。
我们便理解了，所谓的I/O重定向也就是让已创建的FD指向其他文件（testfile.txt）
文件描述符 0/1/2代表STDIN/STDOUT/STDERR代表的意义本身没有变化，变化的是文件描述符表中FD 0/1/2对应的具体文件，
从这个描述符表中我们得到的信息表示 ls /bin 的标准输出STDOUT重定向到了textfile.txt
这里强调一下文件描述符是一个索引号，每个表项都指向已打开文件的指针。
默认的STDIN/STDOUT/STDERR指向的是 /dev/ttyX (X表示用哪个终端执行的程序的号码)
接着看一个管道的例子（摘录自某篇博客）
crazy@ubuntu14:~$ sleep 30 | sleep 40 &
[1] 5584crazy@ubuntu14:~$ pgrep -l sleep 5583 sleep 5584 sleeptotal 0lrwx------ 1 crazy crazycrazy@ubuntu14:~$ ll /proc/5583/fd
64 Feb 27 13:41 0 -> /dev/pts/3l-wx------ 1 dagang dagang 64 Feb 27 13:41 1 -> pipe:[246469]lrwx------ 1 dagang dagang 64 Feb 27 13:41 2 -> /dev/pts/3total 0lr-x------ 1crazy@ubuntu14:~$ ll /proc/5584/fdcrazy crazy64 Feb 27 13:41 0 -> pipe:[246469]
lrwx------ 1 crazy crazy 64 Feb 27 13:41 1 -> /dev/pts/3lrwx------ 1 crazy crazy 64 Feb 27 13:41 2 -> /dev/pts/3
上面我们启动了两个进程5583和5584，通过查看/proc//fd，
我们看到进程5583的STDOUT和5584的STDIN被重定向到了pipe:[246469]，这样就达到了连接两个进程标准I/O的目的。
接着我们讲一下实际运用重定位的操作
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cmd > file 把 stdout 重定向到 file 文件中
cmd >> file 把 stdout 重定向到 file 文件中(追加)
cmd 2> file 把 stderr 重定向到 file 文件中
cmd 2>> file 把 stderr 重定向到 file 文件中(追加)
cmd < file cmd 命令以 file 文件作为 stdin
cat <>file 以读写的方式打开 file
cmd < file >file2 cmd 命令以 file 文件作为 stdin，以 file2 文件作为 stdout
cmd > file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重定向到 file 文件中 （2重定向到与描述符1指向文件）
cmd >> file 2>&1 把 stderr 和 stderr 一起重定向到 file 文件中 （追加方式）
cmd << delimiter Here document，从 stdin 中读入，直至遇到delimiter 分界符
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>&n 使用系统调用 dup (2) 复制文件描述符 n 并把结果用作标准输出<&n 标准输入复制自文件描述符 n
<&- 关闭标准输入（键盘）
>&- 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
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上面介绍了文件描述符表和I/O重定向的原理，那么在Linux系统中如何通过C程序实现I/O重定向呢？
主要是用这个函数 int dup2(int oldfd, int newfd);
int main() {
int pid = 0;
// fork a worker process
if (pid = fork()) { //father process
// wait for completion of the child process
int status;
waitpid(pid, &status, 0);
}
else { //child process
// open input and output files
int fd_in = open("in.txt", O_RDONLY);
int fd_out = open("out.txt", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
if (fd_in > 0 && fd_out > 0) {
// redirect STDIN/STDOUT for this process
dup2(fd_in, 0);
dup2(fd_out, 1);
// call shell command
system("sort");
close(fd_in);
close(fd_out);
}
}
return 0;
}
上面的主要步骤包括：
1. 首先fork一个子进程，后续步骤都在子进程中完成，父进程通过waitpid()系统调用等待子进程结束；
2. 打开open()系统调用打开in.txt和out.txt，得到它们的描述符；
3. 通过dup2()系统调用把STDIN重定向到fd_in，把STDOUT重定向到fd_out（注意，重定向的影响范围是整个子进程）；
4. 通过system()系统调用运行shell命令sort