導讀
到目前為止，我們已經大致了解了 zsh 的語法特性，可以寫一些功能不復雜的腳本了。但 shell 腳本主要的應用場景并不是閉門造車寫獨立的程序，而是和外部環境交互。所以要寫出實用的腳本，要了解 zsh 如何和外部環境交互。這里的外部環境包括其他進程、文件系統、網絡等等。本篇主要講管道和重定向，這是和其他進程、文件系統等交互的基礎。
本文中的命令主要是為了演示管道的用法，在實際腳本中通常不需要使用這些命令，因為可以用 zsh 代碼直接實現。另外本系列文章不詳細講任何外部命令的用法，因為相關文檔或者書籍特別多。如果看不懂本文的某些內容，可以暫時跳過，基本不影響其余部分的理解。
管道
管道是類 Unix 系統中的一個比較基礎也特別重要的概念，它用于將一個程序的輸出作為另一個程序的輸入，進而兩個程序的數據可以互通。如果只是使用管道，還是非常簡單易懂的，并不需要了解管道的實現細節。
管道的基本用法：
% ls
git tmp
# wc -l 功能是計算輸入內容的行數
% ls | wc -l
2
| 即管道，在鍵盤上是主鍵盤區右側 \ 對應的上檔鍵字符。如果只輸入 wc -l，wc 會等待用戶輸入，這時可以輸入字符串，然后回車繼續輸入，直到按 ctrl + d 結束輸入。然后 wc 會統計用戶一共輸入了多少行，然后輸出行數。
# 敲 wc -l 回車后，依次按 a 回車 b 回車 ctrl + d
% wc -l
a
b
2
但如果前邊有個管道符號，ls | wc -l，那么 wc 就不等待用戶輸入了，而是直接將 ls 的結果作為輸入讀取過來，然后統計行數，輸出結果。
關于管道的更多細節
我們再運行一個簡單的例子：
% cat | wc -l
# 查看 cat 進程打開的 fd
% ls -l /proc/$(pidof cat)/fd
total 0
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:15 0 -> /dev/pts/1
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:15 1 -> pipe:[2803]
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:15 2 -> /dev/pts/1
# 查看 wc 進程打開的 fd
% ls -l /proc/$(pidof wc)/fd
total 0
lr-x------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:16 0 -> pipe:[2803]
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:16 1 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:16 2 -> /dev/pts/1
cat 命令的效果是等待用戶輸入，等用戶輸入一行，它就把這行再輸出來，直到用戶按 ctrl - d。所以 cat | wc -l 也會等待用戶輸入。
我們看下 fd 的指向，/dev/ps1/1 是指向偽終端設備文件的，進程就是通過這個來讀取用戶的輸入和輸出自己的內容。0 是標準輸入（即用戶輸入端），1 是標準輸出（即正常情況的輸出端），2 是錯誤輸出（即異常情況的輸出端）。但是 cat 的輸出端指向了 一個管道，并且 wc 的 輸入端指向了一個相同的管道，這代表兩個進程的輸入輸出端是通過管道連接的。這種管道是匿名管道，即只在內核中存在，是沒有對應的文件路徑的。
重定向
重定向，指的便是 fd 的重定向，管道也是重定向的一種方法。但用得更多的是將進程的 fd 重定向到文件。
一個最簡單的例子是輸出內容到文件。
% echo abce > test.txt
% cat test.txt
abce
因為這個用法太常見了，大家可能習以為常了。我們依然來看下更多的細節。
% cat > test.txt
# 在另一個 zsh 中運行
% ls -l /proc/$(pidof cat)/fd
total 0
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:43 0 -> /dev/pts/1
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:43 1 -> /tmp/test.txt
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:43 2 -> /dev/pts/1
可以看到標準輸出已經指向 test.txt 文件了。
除了標準輸出可以重定向，標準輸入（fd 0），錯誤輸出（fd 2）也都可以。
% touch 0.txt 1.txt 2.txt
% sleep 1000 <0.txt >1.txt 2>2.txt
# 在另一個 zsh 中運行
% ls -l /proc/$(pidof sleep)/fd
total 0
lr-x------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:46 0 -> /tmp/0.txt
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:46 1 -> /tmp/1.txt
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:46 2 -> /tmp/2.txt
<0.txt 是重定向標準輸入，2>2.txt 是重定向錯誤輸出，>1.txt（即 1>1.txt）是重定向到標準輸出。然后我們看到 3 個文件已經各就各位，全部被重定向了。但因為 sleep 并不去讀寫任何東西，重定向它的輸入輸出沒有什么意義。
更多重定向的用法
一個 fd 只能重定向到一個文件，一一對應。但在 zsh 中，我們可以把一個 fd 對應到多個文件。
% cat >0.txt >1.txt >2.txt
輸入完成后，3 個文件的內容都更新了，這是怎么回事呢？
其實是 zsh 進程做了中介。
% pstree -p | grep cat
`-tmux: server(1172)-+-zsh(1173)---cat(1307)---zsh(1308)
% ls -l /proc/1307/fd
total 0
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:57 0 -> /dev/pts/1
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:57 1 -> pipe:[2975]
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:57 2 -> /dev/pts/1
% ls -l /proc/1308/fd
total 0
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:58 12 -> /tmp/0.txt
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:58 13 -> /tmp/1.txt
lr-x------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:58 14 -> pipe:[2975]
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:58 15 -> /tmp/2.txt
可以看到 cat 的標準輸出是重定向到管道了，管道對面是 zsh 進程，然后 zsh 打開了那三個文件。實際將內容寫入文件的是 zsh，而不是 cat。但不管是誰寫入的，這個用法很方便。
標準輸入、錯誤輸出也可以重定向多個文件。
% echo good >0.txt >1.txt >2.txt
% cat <0.txt <1.txt <2.txt
good
good
good
給 cat 的標準輸出重定向 3 個文件，它將 3 個文件的內容全部讀取了出來。
除了能同時重定向 fd 到多個文件外，還可以同時重定向到管道和文件。
# 敲完 a b c 后 ctrl -d 退出
% cat >0.txt >1.txt | wc -l
a
b
c
3
% cat 0.txt 1.txt
a
b
c
a
b
c
可以看到輸入的內容寫入了文件，并且通過管道傳給了 wc -l，不用說，這又是 zsh 在做背后工作，將數據分發給了文件和管道。所以在 zsh 中是不需要使用 tee 命令的。
命名管道
除了匿名管道，我們還可以使用命名管道，這樣更容易控制。命名管道所使用的文件即 FIFO（First Input First Output，先入先出）文件。
# mkfifo 用來創建 FIFO 文件
% mkfifo fifo
% ls -l
prw-r--r-- 1 goreliu goreliu 0 2017-08-30 21:29 fifo|
# cat 寫入 fifo
% cat > fifo
# 打開另一個 zsh，運行 wc -l 讀取 fifo
% wc -l < fifo
然后在 cat 那邊輸入一些內容，按 ctrl - d 退出，wc 這邊就會統計輸入的行數。
在輸入完成之前，我們也可以看一下 cat 和 wc 兩個進程的 fd 指向哪里：
% ls -l /proc/$(pidof cat)/fd
total 0
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:35 0 -> /dev/pts/2
l-wx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:35 1 -> /tmp/fifo
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:35 2 -> /dev/pts/2
% ls -l /proc/$(pidof wc)/fd
total 0
lr-x------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:34 0 -> /tmp/fifo
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:34 1 -> /dev/pts/1
lrwx------ 1 goreliu goreliu 0 Aug 30 21:34 2 -> /dev/pts/1
可以看到之前的匿名管道已經變成了我們剛剛創建的 fifo 文件，其他的并無不同。
exec 命令的用法
說起重定向，就不得不提 exec 命令。exec 命令主要用于啟動新進程替換當前進程以及對 fd 做一些操作。
用 exec 啟動新進程：
% exec cat
看上去效果和直接運行 cat 差不多。但如果運行 ctrl + d 退出 cat，終端模擬器就關閉了，因為在運行 exec cat 的時候，zsh 進程將已經被 cat 取代了，回不去了。
但在腳本中很少直接這樣使用 exec，更多情況是用它來操作 fd：
# 將當前 zsh 的錯誤輸出重定向到 test.txt
% exec 2>test.txt
# 隨意敲入一個不存在的命令，錯誤提示不出現了
% fdsafds
# 錯誤提示被重定向到 test.txt 里
% cat test.txt
zsh: command not found: fdsafds
更多用法：
| 用法 | 功能 |
|---|---|
| n>filename | 重定向 fd n 的輸出到 filename 文件 |
| n<filename | 重定向 fd n 的輸入為 filename 文件 |
| n<>filename | 同時重定向 fd n 的輸入輸出為 filename 文件 |
| n>&m | 重定向 fd n 的輸出到 fd m |
| n<&m | 重定向 fd n 的輸入為 fd m |
| n>&- | 關閉 fd n 的輸出 |
| n<&- | 關閉 fd n 的輸入 |
更多例子：
# 把錯誤輸出關閉，這樣錯誤內容就不再顯示
% exec 2>&-
% fsdafdsa
% exec 3>test.txt
% echo good >&3
% exec 3>&-
# 關閉后無法再輸出
% echo good >&3
zsh: 3: bad file descriptor
% exec 3>test.txt
# 將 fd 4 的輸出重定向到 fd 3
% exec 4>&3
% echo abcd >&4
# 輸出內容到 fd 4，test.txt 內容更新了
% cat test.txt
abcd
通常情況我們用 exec 主要為了重定向輸出和關閉輸出，比較少操作輸入。
總結
本文講了管道和重定向的基本概念和各種用法。Zsh 中的重定向還是非常靈活好用的，之后的文章會詳細講在實際場景中怎樣使用。
參考
http://adelphos.blog.51cto.com/2363901/1601563
更新歷史
20170901：增加“exec 命令的用法”。
本文不再更新，全系列文章在此更新維護：github.com/goreliu/zshguide
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