导读 本文就分享一下我在实践中使用重定向和管道符遇到的一些坑,搞明白一些底层原理,写脚本的效率能提升不少。

我很喜欢 Linux 系统,尤其是 Linux 的一些设计很漂亮,比如可以将一些复杂的问题分解成若干小问题,通过管道符和重定向机制灵活地用现成的工具解决,写成 shell 脚本就很高效。

本文就分享一下我在实践中使用重定向和管道符遇到的一些坑,搞明白一些底层原理,写脚本的效率能提升不少。

> 和 >> 重定向符的坑

先说第一个问题,执行如下命令会发生什么?

$ cat file.txt > file.txt

读取再写入同一个文件,感觉什么也不会发生对吧?

实际上,上述命令运行的结果是清空file.txt文件中的内容。

PS:有的 Linux 发行版可能会直接报错,可以执行cat < file.txt > file.txt绕开这个检测。

前文 Linux 进程和文件描述符 说过,程序本身没有必要关心自己的标准输入/输出指向哪里,是 shell 通过管道符和重定向符号修改了程序的标准输入/输出的位置。

所以执行cat file.txt > file.txt这个命令时,shell 会先打开file.txt,由于重定向符号是>,所以文件中的内容会被清空,然后 shell 将cat命令的标准输出设置为file.txt,这时候cat命令才开始执行。

也就是如下过程:

1、shell 打开file.txt并清空其内容。
2、shell 将cat命令的标准输出指向file.txt文件。
3、shell 执行cat命令,读了一个空文件。
4、cat命令将空字符串写入标准输出(file.txt文件)。

所以,最后的结果就是file.txt变成了空文件。

我们知道,>会清空目标文件,>>会在目标文件尾部追加内容,那么如果将重定向符>改成>>会怎样呢?

$ echo hello world > file.txt # 文件中只有一行内容 
$ cat file.txt >> file.txt # 这个命令会死循环 

file.txt中首先被写入一行内容,执行cat file.txt >> file.txt后预期的结果应该是两行内容。

但是很遗憾,运行结果并不符合预期,而是会死循环不断向file.txt中写入 hello world,文件很快就会变得很大,只能用 Control+C 停止命令。

这就有意思了,为什么会死循环呢?其实稍加分析就可以想到原因:

首先要回忆cat命令的行为,如果只执行cat命令,就会从命令行读取键盘输入的内容,每次按下回车,cat命令就会回显输入,也就是说,cat命令是逐行读取数据然后输出数据的。

那么,cat file.txt >> file.txt命令的执行过程如下:

1、打开file.txt,准备在文件尾部追加内容。
2、将cat命令的标准输出指向file.txt文件。
3、cat命令读取file.txt中的一行内容并写入标准输出(追加到file.txt文件中)。
4、由于刚写入了一行数据,cat命令发现file.txt中还有可以读取的内容,就会重复步骤 3。

以上过程,就好比一边遍历列表,一遍往列表里追加元素一样,永远遍历不完,所以导致我们的命令死循环。

> 重定向符和 | 管道符配合

我们经常会遇到这样的需求:截取文件的前 XX 行,其余的都删除。

在 Linux 中,head命令可以完成截取文件前几行的功能:

$ cat file.txt # file.txt 中有五行内容 
1 
2 
3 
4 
5 
$ head -n 2 file.txt # head 命令读取前两行 
1 
2 
$ cat file.txt | head -n 2 # head 也可以读取标准输入 
1 
2 

如果我们想保留文件的前 2 行,其他的都删除,可能会用如下命令:

$ head -n 2 file.txt > file.txt 

但是这就犯了前文说的错误,最后file.txt会被清空,不能实现我们的需求。

那我们是这样写命令是否可以避坑呢:

$ cat file.txt | head -n 2 > file.txt 

结论是不行,文件内容依然会被清空。

What?是不是管道漏了,把数据全漏掉了?

前文 Linux 进程和文件描述符 也说过管道符的实现原理,本质上就是将两个命令的标准输入和输出连接起来,让前一个命令的标准输出作为下一个命令的标准输入。

但是,如果你认为这样写命令可以得到预期的结果,那可能是因为你认为管道符连接的命令是串行执行的,这是一个常见的错误,实际上管道符连接的多个命令是并行执行的。

你可能以为,shell 会先执行cat file.txt命令,正常读取file.txt中的所有内容,然后把这些内容通过管道传递给head -n 2 > file.txt命令。

虽然这时候file.txt中的内容会被清空,但是head并没有从文件中读取数据,而是从管道读取数据,所以应该可以向file.txt正确写入两行数据。

但实际上,上述理解是错误的,shell 会并行执行管道符连接的命令,比如说执行如下命令:

$ sleep 5 | sleep 5 

shell 会同时启动两个sleep进程,所以执行结果是睡眠 5 秒,而不是 10 秒。

这是有点违背直觉的,比如这种常见的命令:

$ cat filename | grep 'pattern' 

直觉好像是先执行cat命令一次性读取了filename中所有的内容,然后传递给grep命令进行搜索。

但实际上是cat和grep命令是同时执行的,之所以能得到预期的结果,是因为grep 'pattern'会阻塞等待标准输入,而cat通过 Linux 管道向grep的标准输入写入数据。

执行下面这个命令能直观感受到cat和grep是在同时执行的,grep在实时处理我们用键盘输入的数据:

$ cat | grep 'pattern' 

说了这么多,再回顾一开始的问题:

$ cat file.txt | head -n 2 > file.txt 

cat命令和head会并行执行,谁先谁后不确定,执行结果也就不确定。

如果head命令先于cat执行,那么file.txt就会被先清空,cat也就读取不到任何内容;反之,如果cat先把文件的内容读取出来,那么可以得到预期的结果。

不过,通过我的实验(将这种并发情况重复 1w 次)发现,file.txt被清空这种错误情况出现的概率远大于预期结果出现的概率,这个暂时还不清楚是为什么,应该和 Linux 内核实现进程和管道的逻辑有关。

解决方案

说了这么多管道符和重定向符的特点,如何才能避免这个文件被清空的坑呢?

最靠谱的办法就是不要同时对同一个文件进行读写,而是通过临时文件的方式做一个中转。

比如说只保留file.txt文件中的头两行,可以这样写代码:

# 先把数据写入临时文件,然后覆盖原始文件

$ cat file.txt | head -n 2 > temp.txt && mv temp.txt file.txt

这是最简单,最可靠,万无一失的方法。

你如果嫌这段命令太长,也可以通过apt/brew/yum等包管理工具安装moreutils包,就会多出一个sponge命令,像这样使用:

# 先把数据传给 sponge,然后由 sponge 写入原始文件 
$ cat file.txt | head -n 2 | sponge file.txt 

sponge这个单词的意思是海绵,挺形象的,它会先把输入的数据「吸收」起来,最后再写入file.txt,核心思路和我们使用临时文件时类似的,这个「海绵」就好比一个临时文件,就可以避免同时打开同一个文件进行读写的问题。

以上就是重定向和管道符的一些坑,希望能帮到你。

原文来自:https://blog.csdn.net/weixin_36324916/article/details/116941827

本文地址:https://www.linuxprobe.com/linux-redirection-and-pipeline.html编辑:姜 一 一,审核员:逄增宝

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