Лабораторная работа 5 Ввод/вывод в командном интерпретаторе. Цель работы: изучение средств управления потоками ввода/вывода в ОС Linux.

Выполнение работы

1. Работа со стандартными потоками ввода, вывода и ошибок

Любая программа - это "автомат", предназначенный для обработки данных: получая на входе одну информацию, она в результате работы выдает другую. Хотя входящая и/или выходящая информация может быть и нулевой, т. е. попросту отсутствовать. Те данные, которые передаются программе для обработки - это ее ввод, то, что она выдает в результате работы - вывод. Организация ввода и вывода для каждой программы - это задача операционной системы.

Каждая программа работает с данными определенного типа: текстовыми, графическими, звуковыми и т. п. Как, наверное, уже стало понятно, основной интерфейс управления системой в Linux - это терминал, который предназначен для передачи текстовой информации от пользователя системе и обратно. Поскольку ввести с терминала и вывести на терминал можно только текстовую информацию, то ввод и вывод программ, связанных с терминалом, тоже должен быть текстовым. Однако необходимость оперировать с текстовыми данными не ограничивает возможности управления системой, а, наоборот, расширяет их. Человек может прочитать вывод любой программы и разобраться, что происходит в системе, а разные программы оказываются совместимыми между собой, поскольку используют один и тот же вид представления данных - текстовый.

Команды и сценарии могут получать входные данные двумя способами: из стандартного входного потока (связан с клавиатурой) или из файла. Аналогичное разделение существует и при выводе данных: результаты работы команды или сценария по умолчанию направляются на экран терминала, но можно перенаправить их в файл. Если в процессе работы возникают ошибки. сообщения о них гоже отображаются на экране, поток ошибок также можно перенаправить в файл.

Рассмотрим сначала пару команд, с помощью которых можно организовать ввод/вывод.

Команды вывода на стандартное устройство вывода

Linux предоставляет несколько команд для вывода сообщений в стандартный поток вывода

• echo - Вывести строку в стандартный поток вывода.
• printf - Вывести форматированный текст в стандартный поток вывода.
• yes - Выводить повторяющийся текст в стандартный поток вывода.
• seq - Вывести последовательность чисел в стандартный поток вывода
• clear Очистить экран или окно.

Например, при использовании команды echo если указать управляющий символ \с, то по завершении вывода не будет осуществлен переход в новую строку:

$ echo "Как вас зовут?\c"

Как вас зовут?$

Здесь $ – символ приглашения.

В строке также можно вычислять значения переменных интерпретатора shell и даже других команд. Например, следующая команда сообщает о том, каков начальный каталог текущего пользователя (переменная среды $HOME) и к какому терминалу он подключен (команда tty заключена в обратные кавычки, чтобы интерпретатор поместил в строку результат ее выполнения).

$ echo "Ваш начальный каталог - $HOME, вы подключены к терминалу - `tty` "

Ваш начальный каталог - /home/knoppix, вы подключены к терминалу - /dev/tty1

Так как двойные кавычки в интерпретаторе shell имеют специальное назначение, то для того чтобы в выводимую строку включить двойные кавычки нужно отменить их специальное назначение с помощью обратной косой черты (\). Так отменяется назначение любого специального символа.

Например, чтобы вывести строку “/dev/tty1” необходимо выполнить:

$echo “\”/dev/tty1\””

Команды ввода из стандартного устройства ввода

Команда read читает одну строку из стандартного входного потока и записывает ее содержимое в указанные переменные. При указании нескольких переменных в первую из них записывается первое слово, во вторую – второе и т.д. в последнюю – остаток строки.

Следующий сценарий вызывает отдельную команду read для чтения каждой переменной.

$ cat test
#!/bin/bash
echo “Имя: \с”
read name
echo “Фамилия: \c”
read surname
echo “Имя=” $name “Фамилия=” $surname

Результат выполнения:
Имя: Иван
Фамилия: Петров
Имя=Иван Фамилия=Петров

СТАНДАРТНЫЕ ПОТОКИ ВВОДА, ВЫВОДА И ОШИБОК

Каждая запущенная из командного интерпретатора программа получает три открытых потока ввода/вывода:

- стандартный ввод (sldin)
- стандартный вывод( sldout)
- стандартный вывод ошибок (stderr)

По умолчанию эти потоки ассоциированы с терминалом. Т.е. любая программа, не использующая потоки, кроме стандартных, будет ожидать ввода с клавиатуры терминала, весь вывод этой программы, включая сообщения об ошибках, будет происходить на экран терминала.

При этом с каждым процессом (командой, сценарием и т.п.), выполняемым в интерпретаторе shell, связан рад открытых файлов, из которых процесс может читать свои данные: и в которые он может записывать их. Каждый из этих файлов идентифицируется числом, называемым дескриптором файла, но первые три файла являются потоками ввода/вывода по умолчанию:

Файл                                    Дескриптор
Стандартный поток ввода                       0
Стандартный поток вывода                      1
Стандартный поток ошибок                      2

Файл стандартного потока ввода (sldin) имеет дескриптор 0. Из этого файла процессы извлекают свои входные данные. По умолчанию входной поток ассоциирован с клавиатурой (устройство /dev/tty), но чаше всего он поступает по каналу от других процессов или из обычного файла.

Файл стандартного потока вывода (stdout) имеет дескриптор 1. В этот файл записываются все выходные данные процесса. По умолчанию данные выводятся на экран терминала (устройство/dev/tty), но их можно также перенаправить в файл или послать по каналу другому процессу.

Файл стандартного потока ошибок (siderr) имеет дескриптор 2. В этот файл записываются сообщения об ошибках, возникающих в ходе выполнения команды. По умолчанию сообщения об ошибках выводятся на экран терминала (устройство /dev/tty), но их также можно перенаправить в файл. Зачем же для регистрации ошибок выделять специальный файл? Дело в том, что это очень удобный способ выделения из результатов работы команды собственно выходных данных, а также хорошая возможность эффективно организовать ведение различного рода журнальных файлов.

Большое число утилит используют только стандартные потоки. Для таких программ оболочка позволяет независимо перенаправлять потоки ввода/вывода. Например, можно подавить вывод сообщений об ошибках, установить ввод или вывод из файла.

Т.е. при вызове команд можно указывать, откуда следует принимать входные данные и куда необходимо направлять выходные данные, а также сообщения об ошибках. По умолчанию, если не указано иное, подразумевается работа с терминалом: данные вводятся с клавиатуры и выводятся на экран. Но интерпретатор shell располагает механизмом переадресации, позволяющим ассоциировать стандартные потоки с различными файлами. При этом во время перенаправления стандартного потока ошибок следует указывать дескриптор файла (2). Для потоков ввода и вывода делать это не обязательно.

Полезный частный случай использования механизма перенаправления потоков - перенаправление в /dev/null, что позволяет избавиться от ненужных сообщений на экран. С помощью того же механизма можно создавать пустые файлы:

% cat < /dev/null > myfile - создаст в текущей директории пустой файл myfile.

/dev/null — специальный файл, представляющий собой т. н. «пустое устройство». Запись в него происходит успешно, независимо от объёма «записанной» информации. Чтение из /dev/null эквивалентно считыванию конца файла EOF.

Перенаправление потоков ввода-вывода осуществляется, подобно DOS (Точнее, синтаксис перенаправления потоков ОС DOS восприняла от UNIX) с помощью символов:

 
 > 		- перенаправление стандартного потока вывода
 >> 	- перенаправление стандартного потока вывода в режиме дозаписи
 <		- перенаправление стандартного потока ввода
 <<	- получение данные из стандартного потока ввода до тех пор, пока не встретится разделитель

Однако, в отличие от DOS при создании программного канала между двумя процессами ОС UNIX/Linux запускает оба процесса одновременно и осуществляет передачу информации через системный буфер (без промежуточной записи на жесткий диск). Таким образом, программные каналы в ОС UNIX/Linux являются весьма эффективным способом обмена. В случае переполнения системного буфера (например если ``передающая'' программа выдает информацию в канал быстрее чем ее может обработать ``принимающая'' программа) ОС автоматически приостанавливает тот процесс, который осуществляет запись в канал до освобождения буфера.

Наиболее распространенные операторы переадресации

№п/п	  Синтаксис				Описание
1	команда > файл		Направляет стандартный поток вывода в новый файл 

2	команда 1> файл 	Направляет стандартный поток вывода в указанный файл 

3	команда >> файл 	Направляет стандартный поток вывода в указанный файл (режим присоединения) 

4	команда > файл 2>&1	Направляет стандартные потоки вывода и ошибок в указанный файл 

5	команда 2> файл 	Направляет стандартный поток ошибок в указанный файл 

6	команда  2>>  файл	Направляет стандартный поток ошибок в указанный файл (режим присоединения) 

7	команда >> файл 2>&1   	Направляет стандартные потоки вывода и ошибок в указанный файл (режим присоединения) 

8	команда < файл1 > файл2   Получает входные данные из первого файла и направляет выходные данные во второй файл

9	команда < файл		в качестве стандартного входного потока получает данные из указанного файла

10	команда << разделитель	Получает данные из стандартного потока ввода до тех пор, пока не встретится разделитель

11	команда <&m		В качестве стандартного входного потока получает дан­ные из файла с дескриптором m

12	команда >&m		Направляет стандартный поток вывода в файл с дескриптором m

Оператор n>&m позволяет перенаправить файл с дескриптором n туда, куда направлен файл с дескриптором m. Подобных операторов в командной строке может быть несколько, в этом случае они вычисляются слева направо.

Команда exec и применение дескрипторов файлов

Команда exec заменяет текущий интерпретатор shell указанной командой. Обычно она используется для того, чтобы закрыть текущий интерпретатор и запустить другой. Но у нее есть и другое применение.

Например, команда вида

exec < файл		делает указанный файл стандартным входным потоком всех команд. Выполнять ее в 
			интерактивном режиме нет смысла — она предназначена для использования в сценариях, 
			чтобы все идущие после нее команды читали свои входные данные из файла. В этом случае 
			в конце сценария обязательно должна стоять команда 

exec <&–		которая закрывает стандартный входной поток (в данном случае файл). Подобный прием применяется 
			преимущественно в сценариях, выполняющихся при выходе из системы.

Команда exec < файл не только назначает файл стандартным входным потоком всех команд сценария, но и перезаписывает 
указатель на файл с дескриптором 0 (stdin). Восстановить этот указатель можно будет только по завершении работы сценария. 
Если же в сценарии предполагается продолжить чтение данных с клавиатуры, то необходимо сохранить 
указатель на прежний входной поток. Ниже приведен небольшой сценарий, в котором демонстрируется, как это сделать.

$ cat f_desc 
#!/bin/bash
exec 3<&0 0<file
read  linel 
read  line2 
exec   0<&3 
echo   $1inel
echo   $line2

Первая команда exec сохраняет указатель на стандартный входной поток (stdin) в файле с дескриптором 3 
(допускается любое целое число в диапазоне от 3 до 9), а затем открывает файл file для чтения. Следующие две команды read
читают из файла две строки текста. Вторая команда exec восстанавливает указатель на стандартный входной поток: теперь 
он связан с файлом stdin, а не file. Завершающие команды echo отображают на экране содержимое прочитанных строк, 
которые были сохранены в переменных linel и Iine2.

Результат работы сценария:
$ ./ f_desc
Привет! 
Пока!

Индивидуальные задания

Синтаксис команд см. в Избранные команды и свойства Unix. или в консоли с помощью man.