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什麼是 Linux I/O 標準輸入輸出和管線 ? 超詳細範例說明與教學

什麼是 Linux I/O 標準輸入輸出和管線 ? 超詳細範例說明與教學

什麼是 Linux I/O 標準輸入輸出和管線 ? 超詳細範例說明與教學





嗨!今天我們要探討一個在 Linux 中非常重要的主題 – Linux I/O 標準輸入輸出和管線。如果你對 Linux 有一些基本的了解,那麼你肯定聽過這些詞語。本文將帶你深入瞭解它們的意義以及如何在日常使用中受益於它們。

什麼是 Linux I/O?

Linux I/O 是指在 Linux 系統中進行輸入和輸出操作的方法和工具。這些操作可以包括讀取和寫入文件、訪問設備,以及與用戶進行互動。其中,標準輸入和標準輸出是基本的 I/O 流程。

深入理解 Linux I/O

在我們深入探討之前,讓我們先確定我們所談論的是什麼:

+-------------------------+       +-------------------------+      +-------------------------+
|  鍵盤(Input)           | --->  |  程式(stdin,代碼 0)   | ---> |  終端(Output)          |
+-------------------------+       +-------------------------+      +-------------------------+
    標準輸入 (stdin)                     程式的輸入資料                     標準輸出 (stdout)
                                              ↓
                                   +-------------------------+
                                   |  程式(stderr,代碼 2)  |
                                   +-------------------------+
                                         程式的錯誤訊息

標準輸入(stdin,代碼為 0)

標準輸入代表程式運行所需的輸入資料。通常,這些資料來自鍵盤輸入。讓我們看一個例子:

舉例: 假設你有一個名為 my_program 的程式,它需要用戶輸入一個數字,然後進行計算。這個程式可能如下運行:

$ ./my_program
請輸入一個數字:10
計算結果:20

在這個例子中,用戶通過鍵盤輸入了數字 10,作為標準輸入提供給了 my_program,程式接收到這個輸入並進行計算。

標準輸出(stdout,代碼為 1)

標準輸出代表程式正常運行所產生的輸出資料。當你運行一個命令,這些結果通常會顯示在終端屏幕上。讓我們看一個例子:

舉例: 假設你使用 ls 命令列出目錄中的文件,輸出如下:

$ ls
file1.txt  file2.txt  file3.txt

在這個例子中,ls 命令的輸出顯示在終端屏幕上,這是標準輸出的典型示例。

標準錯誤輸出(stderr,代碼為 2)

標準錯誤輸出代表當程式出錯時通知使用者的訊息,或者用於呈現程式狀態的訊息。通常,這些錯誤訊息也會顯示在終端上。讓我們看一個例子:

舉例: 假設你嘗試打開一個不存在的文件:

$ cat non_existent_file.txt
cat: non_existent_file.txt: No such file or directory

在這個例子中,cat 命令嘗試打開一個不存在的文件,並生成了錯誤訊息,該訊息顯示在終端上,這是標準錯誤輸出的示例。

以上是對標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出的說明和示例。這些流是 Linux 中重要的 I/O 概念,對於理解和使用命令和程序非常重要。

使用 I/O 重定向

有時候,我們希望將輸入和輸出重定向到文件,這就是 I/O 重定向派上用場的時候。使用 < 來重定向輸入,使用 > 來重定向輸出。例如,要將命令的輸出保存到文件中,你可以使用以下命令:

標準輸入(stdin,代碼為 0)

標準輸入重定向允許將外部文件的內容作為程序的輸入,而不是依賴用戶的鍵盤輸入。這在處理大量數據或自動化任務時非常有用。

舉例: 假設你有一個文件 input.txt 包含以下內容:

這是文件的內容。
它將被用作標準輸入。

現在,你可以使用以下命令將 input.txt 的內容重定向為程序的標準輸入:

$ ./my_program < input.txt

這樣,my_program 將使用 input.txt 中的內容作為其標準輸入。

標準輸出(stdout,代碼為 1)

標準輸出重定向允許將程序的輸出保存到文件中,而不是顯示在終端屏幕上。這對於捕獲命令的輸出或生成日誌非常有用。

舉例: 假設你運行以下命令來列出目錄中的文件:

$ ls file1.txt file2.txt file3.txt

現在,你可以使用以下命令將 ls 命令的輸出保存到文件 output.txt 中:

$ ls > output.txt

這樣,ls 命令的輸出將不再顯示在終端屏幕上,而是保存在 output.txt 文件中。當執行此指令時,如果 output.txt 不存在,系統會自動建立此檔案,並將 ls 指令的輸出寫入其中。但如果 output.txt 已經存在,系統會先清空該檔案的內容,然後再將 ls 的輸出寫入其中。因此,如果 output.txt 檔案中原本存在舊資料,這些資料將會被全部清除。

如果想要以附加的方式把程式的輸出放在原本的檔案內容之後,可以使用 >>,其用法也是非常類似

$ ls >> output.txt

這樣,他就會在 output.txt 檔案中,於原本的 ls 輸出之後,再加上一行。

標準錯誤輸出(stderr,代碼為 2)

標準錯誤輸出重定向允許將程序的錯誤訊息保存到文件中,而不是混合在標準輸出中。這有助於更好地處理錯誤情況。

舉例: 假設你嘗試打開一個不存在的文件:

$ cat non_existent_file.txt
cat: non_existent_file.txt: No such file or directory

現在,你可以使用以下命令將 cat 命令的錯誤訊息保存到文件 error.log 中:

$ cat non_existent_file.txt 2> error.log

這樣,錯誤訊息將不再顯示在終端屏幕上,而是保存在 error.log 文件中。

2>&1:這個操作符用於將標準錯誤輸出重定向到標準輸出。這樣可以將錯誤訊息和標準輸出一起顯示在終端上,或將它們一起重定向到文件。

舉例:以下命令將 ls 命令的標準輸出和錯誤輸出都保存到 error.log 文件中

$ cat non_existent_file.txt > error.log 2>&1

以上是有關使用 I/O 重定向的說明和示例,以及它如何影響標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出的操作。

管線操作:將命令串在一起

管線操作(|)是一種強大的技巧,它允許你將多個命令連接在一起,以實現更複雜的操作。例如,你可以使用管線將一個命令的輸出作為另一個命令的輸入。以下是一個簡單的示例:

舉例 1:過濾錯誤訊息

有時你可能只想查看錯誤訊息,而不關心標準輸出。你可以使用管線操作過濾出錯誤訊息,將其顯示在終端上:

$ my_command 2>&1 | grep "error"

在這個例子中,2>&1 將標準錯誤輸出合併到標準輸出,然後使用 grep 命令過濾包含 “error” 的行,並將它們顯示在終端上。

舉例 2:將錯誤訊息記錄到文件

假設你運行一個可能會生成錯誤訊息的命令,你可以使用管線操作將錯誤訊息重定向到一個文件中,同時將標準輸出顯示在終端上:

$ my_command 2> error.log | tee output.log

在這個例子中,2> 將標準錯誤輸出重定向到 error.log 文件,而 tee 命令將標準輸出複製到 output.log 文件,並顯示在終端上。這樣,你可以同時檢查錯誤訊息和標準輸出。

Linux I/O 標準輸入輸出和管線是 Linux 使用中不可或缺的一部分。通過深入理解它們,你可以更有效地使用 Linux,執行各種任務

Linux I/O 特殊檔案的進階用法

/dev/null

/path/to/script.sh > /dev/null 2>&1

/dev/zero

$ dd if=/dev/zero of=blank_file bs=1M count=1

/dev/random/dev/urandom

$ dd if=/dev/random bs=1 count=12 | base64

/dev/full

$ cat large_file > /dev/full

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