四、IO重定向和管道以及基本文本处理工具

一、三种IO设备

程序：数据+指令 或 数据结构+算法
程序必须能够读入输入然后经过加工来产生结果，其接受的输入可以是变量、数组、列表、文件等等，生产出来的结果可以使变量、数组、列表、文件等等。即：
程序都有读入数据和输出数据的需求
读入数据：input
输出数据：output

一、标准文件描述符

linux系统将每个对象当作文件处理，这包括输入和输出进程。linux用文件描述符（file descriptor）来标识每个文件对象。文件描述符是一个非负整数，可以唯一标识会话中打开的文件。每个进程一次最多可以有九个文件描述符。出于特殊目的，bash shell保留了前三个文件描述符（0,1和2）

Linux给程序提供三种IO设备：

• 标准输入（STDIN）－0 默认接受来自键盘的输入
• 标准输出（STDOUT）－1 默认输出到终端窗口
• 标准错误（STDERR）－2 默认输出到终端窗口

在Linux中，一切皆文件，我们每打开文件，系统都会自动分配一个FD（file description，文件描述符）。上面的0,1,2就是系统分配的文件描述符。

 ll /proc/$$/fd    查看目前的文件描述符
 exec <>/data/hosts
 表示给/data/hosts文件指定一个文件描述符8,且8与/data/hosts之间是软链接
 exec >&-    删除8号这个文件描述符

二、IO重定向：改变默认位置
1、>标准的输出重定向：
　　ls > /dev/pts/5 命令ls重定向输出至窗口5
　　ls > /data/ls.out 命令ls重定向输出至/data/ls.out文件中
　　注意：假如ls.out文件中本来就有内容，那么重定向输出后会覆盖文件中原有的内容

2、>>:追加重定向，新内容会追加至目标文件尾部
　　ls >> /data/ls.out

3、()：合并多个程序的STDOUT
(cal 2007;cal 2008) > all.txt

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4、2>标准错误的输出重定向：
cmd 2> /data/err.log cmd（本身无cmd这个命令，所以输入此命令会显示错误的结果）的错误结果重新定向显示至 data/err.log 中
注意：history 2> /data/err.log 由于本身history命令是正确的，所以默认的输出设备会正常显示history命令的内容，且不会输出至/data/err.log中。原data/err.log中的文件会被空文件覆盖。
cmd 2>> /data/err.log 这样就会将正确的信息显示在默认的输出设备上，而且每次的错误信息输入至err.log文件中，方便后面研究问题

对于输出既有正确信息又有错误信息的场景：

 ls /err /data >f1 >f2 则正确信息输出至f1 中，错误信息输出至f2 中
 ls /err /data &>all.log 正确信息和错误信息都输出至all.log文件中。
 或
 ls /err /data >all.log >&1   #把错的当成对的
 ls /err /data >all.log >& 注意次序！！

• 注意区分以下几项，哪个与众不同：

 cmd > log >&
 cmd >& >log 此项与众不同
 cmd &> log
 cmd >log >&

set –C 禁止将内容覆盖已有文件,但可追加
>| file 强制覆盖
set +C 允许覆盖

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TIPS:
小技巧：> bigfile效果是创建了一个bigfile的空文件。背后的原理是利用重定向标准输出的原理，重定向输出至bigfile文件，由于无任何输出结果，所以直接效果就是创建了一个空的bigfile文件。所以一个比较安全的创建空文件的方法是：\>> file .
原因：1. 假如file文件原来就存在，那么>> 不会覆盖原来的文件，只会在原文件基础上累加。
　　   2.>> 不会刷新时间，touch命令会刷新时间
   　　*** 非常重要： 假如 abc_link -> abc （abc_link软链接abc），
　　　那么我们> abc_link 的话，会直接覆盖源文件abc ！！！！

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5、 < 标准输入重定向
cat < file file文件内容输入到cat命令上

 cat < f1 > f2 f2里显示f1 内容的文件
 cat < f1 > f1 清空f1 文件
 cat < f1 >>f2 无限循环将f1文件累加至f2文件

二、tr命令（删除和转换字符）
tr [OPTION]... SET1 [SET2]
Translate, squeeze, and/or delete characters from standard input, writing to standard output.

 tr 'a-z' 'A-Z' #将输入的任意小写字符转换为大写，其他的字符保持原样
 tr -c，–C --complement：#use the complement of SET1；取字符集的补集；
 tr -d，--delete： #delete characters in SET1, do not translate；删除所有属于第一字符集的字符
 tr -s，--squeeze-repeats：#replace each input sequence of a repeated character that is listed in SET1 with a single occurrence of that character；把连续重复的字符以单独一个字符表示
 tr -t，--truncate-set1：#first truncate SET1 to length of SET2；将第一个字符集对应字符转化为第二字符集

tr 'a-z' 'A-Z' < /etc/fstab ：将/etc/fstab这个文件中的小写字符转换为大写字符

tr –d abc < /etc/fstab 删除/etc/fstab这个文件中的abc字符

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实验1：将df命令显示输出里的连续空格全部以一个空格输出
　　第一步：df > /data/test.out 将df命令的输出结果定向至/data/test.out文件中。
　　第二步：tr -s ' ' < /data/test.out 完成

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把多行发送给STDIN
使用“<<终止词”命令从键盘把多行重导向给STDIN

 mail -s "PleaseCall" admin@magedu.com << END

 >HiWang,
 >
 >Pleasegivemeacallwhenyougetin.Wemayneed
 >todosomemaintenanceonserver1.
 >
 >Detailswhenyou’reon-site
 >Zhang
 >END
 用END终止多行输入，并将内容以邮件方式发送给admin@magedu.com，邮件主题为PleaseCall

三、管道

less ：一页一页地查看输入

　　ls -l  /etc | less

mail :通过电子邮件发送输入

　　echo "test email" | mail  -s "test"  user @example.com

lpr：把输入发送给打印机

　　echo "test print" | lpr -p printer_name

管道（使用符号“|”表示）用来连接命令
命令1 | 命令2 | 命令3 | …

• 将命令1的STDOUT发送给命令2的STDIN，命令2的STDOUT发送到命令3的STDIN
• STDERR默认不能通过管道转发，可利用2>&1 或|& 实现

 ls /data /err >& | tr 'a-z' 'A-Z'
 ls /data /err |& tr 'a-z' 'A-Z' 

实验1： 随机产生的16位字符串，将其中的小写字符换成大写字符，并且删除无用的字符。
第一步：
　　openssl rand -base64 16 > /data/test.out 随机产生16位的字符串。并将其定向输出至文件中。
第二步：
　　tr -dc '[:alpha:]' < /data/test.out | tr 'a-z' 'A-Z' 删除非字母的字符并将小写转换为大写
实验2： 计算1+2+3+4+…+100 =
　　echo {1..100} | tr '  '  '+' | bc

　　seq -s + 1 100 | bc

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管道中"-"符号
示例:
将/home 里面的文件打包，但打包的数据不是记录到文件，而是传送到stdout，经过管道后，将tar -cvf-/home 传送给后面的tar -xvf-, 后面的这个-则是取前一个命令的stdout，因此，就不需要使用临时file了
tar -cvf-/home | tar -xvf-

四、tee，重定向到多个目标
tee - read from standard input and write to standard output and files

tee  [OPTION]... [FILE]...
命令1 | tee [-a ] 文件名| 命令2
把命令1的STDOUT保存在文件中，同时做为命令2的输入，

 tee -a, --append #append to the given FILEs, do not overwrite,追加输出至文件中

使用场景：

• 保存不同阶段的输出
• 复杂管道的故障排除
• 同时查看和记录输出

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五、几个文本查看工具：wc, cut, sort, uniq, diff, patch

1.wc:word count

wc - print newline, word, and byte counts for each file

wc [OPTION]... [FILE]...
~]# wc anaconda-ks.cfg
     anaconda-ks.cfg
# ：表示行数
# ：表示字数
# ：字节数

# option
    -l：只计数行数
    -w：只计算单词总数
    -c：只计数字节总数
    -m：只计数字符总数

2.cut：remove sections from each line of files

cut OPTION... [FILE]...
# option：
    -d --delimiter=DELIM : 指明分隔符，默认tab
    -f --fields=LIST ：
        # ：指定第#个字段
        #-#：指定第#-#个字段；如3-，第3-5个字段
        #,#：指定离散的多个字段；如3,,
        #，#-#：

3.sort：sort lines of text files

把整理过的文本显示在STDOUT，不改变原始文件

sort [OPTION]... [FILE]...
# option:
    -n：基于数值大小而非字符进行排序；
    -r：逆序排序；
    -f：忽略字符大小写
    -t CHAR：指定分隔符；  (类似cut的-d命令)
    -k #：用于排序比较的字段；（类似cut -f 命令）
    -u：连续且相同的重复的行只保留一行；

4.uniq：report or omit repeated lines

报告或移除重复的行

uniq [OPTION]... [INPUT [OUTPUT]]
# option
    -c：显示每行的重复次数；
    -u：仅显示未曾重复过的行；
    -d：仅显示重复过的的行；

# 常和sort一起使用：
sort userlist.txt | uniq-c

5.diff、patch

diff - compare files line by line
patch - apply changes to files

diff [OPTION]... FILES
diff  /PATH/TO/OLDFILE  /PATH/TO/NEWFILE  > /PATH/TO/PATCH_FILE
    -u：使用unfied机制，即显示要修改的行的上下文，默认为3行,适用于补丁文件;

###
patch:复制在其它文件中进行的改变（要谨慎使用）,即向文件打补丁；
patch [OPTIONS] -i /PATH/TO/PATCH_FILE /PATH/TO/OLDFILE
patch /PATH/TO/OLDFILE < /PATH/TO/PATCH_FILE
    -b：自动备份改变了的文件

6.cat、tac、rev

cat - concatenate files and print on the standard output
cat [OPTION]... [FILE]...
# option:
    -E: 显示行结束符$
    -n: 对显示出的每一行进行编号
    -A：显示所有控制符
    -s：压缩连续的空行成一行

###
tac - concatenate and print files in reverse  (反向显示cat的输出结果)
tac [OPTION]... [FILE]...       

###
rev - reverse lines of a file or files
rev [options] [file ...]

7.more、less

分页查看文件内容

8.head、tail

head - output the first part of files 默认显示前10行
tail - output the last part of files 默认显示后10行

head [OPTION]... [FILE]...
# option:
    -n #: 指定获取前#行
    -c #: 指定获取前#字节
    -#：指定行数 

###
tail [OPTION]... [FILE]...
# option：
    -n #: 指定获取后#行
    -c #: 指定获取后#字节
    -#：指定行数
    -f: 跟踪显示文件fd新追加的内容,常用日志监控；相当于--follow=descriptor
    -F: 跟踪文件名，相当于—follow=name --retry

要获取/etc/passwd文件， 要获取其第6-10行，并显示每行的行号
# ). -n显示行号，tail -n +6显示第6行之后的行，结合head -n ，获取前面5行，刚好6-
$ cat -n /etc/passwd | tail -n + | head -n    

# ). 先用head -n 10来获取前10行，再结合tail -n 5获取后面5行，刚好也是6-10行
$ cat -n /etc/passwd | head -n  | tail -n  |sort -n -k3 |cut -d: -f1 

# ). cat -n来显示行号，再用awk中$1来判断行号范围
$ cat -n /etc/passwd | awk '($1 > 1 && $1 < 11){print $0}'
# ). 借助于6,10p来打印第6行到第10行
$ cat -n /etc/passwd | sed -n '6,10p'

# ). =打印行号，使用N；来获取下一行，再用\t来替换换行符，最后使用6,10p来获取
$ sed = /etc/passwd | sed 'N;s/\n/\t/' | sed -n '6,10p'

六、练习
1、将/etc/issue文件中的内容转换为大写后保存至/tmp/issue.out文件中
　　tr 'a-z' 'A-Z' < /etc/issue | tee -a /data/issue.out

2、将当前系统登录用户的信息转换为大写后保存至/tmp/who.out文件中
　　who | tr 'a-z' 'A-Z' > /data/who.out

3、一个linux用户给root发邮件，要求邮件标题为”help”，邮件正文如下：
Hello, I am 用户名,The system version is here,pleasehelp me to check it ,thanks!
操作系统版本信息

4、将/root/下文件列表，显示成一行，并文件名之间用空格隔开
　　ls /root | tr '\n' ' '

5、计算1+2+3+…+99+100的总和
　　echo {1..100} | tr ' ' '+' | bc

6、处理字符串“xt.,l 1 jr#!$mn2 c*/fe3 uz4”，只保留其中的数字和空格
　　tr -dc [0-9][:space:]

7、将PATH变量每个目录显示在独立的一行
　　echo $PATH | tr ':' '\n'

8、将指定文件中0-9分别替代成a-j
　　tr '0-9' 'a-j' < 文件