《Linux就该这么学》第三章_管道符，重定向，环境变量

《Linux就该这么学》 读书随笔集

第三章

3.1 输入输出重定向

输入重定向是指把文件导入到命令中，而输出重定向则是指把原本要输出到屏幕的数据信息写入到指定文件中。在日常的学习和工作中，相较于输入重定向，我们使用输出重定向的频率更高，所以又将输出重定向分为了标准输出重定向和错误输出重定向两种不同的技术，以及覆盖写入与追加写入两种模式。

标准输入重定向（STDIN，文件描述符为0）：默认从键盘输入，也可从其他文件或命令中输入。

标准输出重定向（STDOUT，文件描述符为1）：默认输出到屏幕。

错误输出重定向（STDERR，文件描述符为2）：默认输出到屏幕。

对于输入重定向来讲，用到的符号及其作用如表3-1所示。

表3-1 输入重定向中用到的符号及其作用

符号	作用
命令 < 文件	将文件作为命令的标准输入
命令 << 分界符	从标准输入中读入，直到遇见分界符才停止
命令 < 文件1 > 文件2	将文件1作为命令的标准输入并将标准输出到文件2

对于输出重定向来讲，用到的符号及其作用如表3-2所示。

表3-2 输出重定向中用到的符号及其作用

符号	作用
命令 > 文件	将标准输出重定向到一个文件中（清空原有文件的数据）
命令 2> 文件	将错误输出重定向到一个文件中（清空原有文件的数据）
命令 >> 文件	将标准输出重定向到一个文件中（追加到原有内容的后面）
命令 2>> 文件	将错误输出重定向到一个文件中（追加到原有内容的后面）
命令 >> 文件 2>&1 或 命令 &>> 文件	将标准输出与错误输出共同写入到文件中（追加到原有内容的后面）

3.2 管道命令符

细心的读者肯定还记得在2.6节学习tr命令时曾经见到过一个名为管道符的东西。同时按下键盘上的Shift+反斜杠（\）键即可输入管道符，其执行格式为“命令A | 命令B”。管道命令符的作用也可以用一句话概括为“把前一个命令原本要输出到屏幕的信息当作后一个命令的标准输入”。在2.6节讲解grep文本搜索命令时，我们通过匹配关键词/sbin/nologin找出了所有被限制登录系统的用户。在学完本节内容后，完全可以把下面这两条命令合并为一条：

找出被限制登录用户的命令是grep /sbin/nologin /etc/passwd；

统计文本行数的命令则是wc–l。

现在要做的就是把grep搜索命令的输出值传递给wc统计命令，即把原本要输出到屏幕的用户信息列表再交给wc命令作进一步的加工，因此只需要把管道符放到两条命令之间即可，具体如下：

[root@linuxprobe ~]# grep /sbin/nologin /etc/passwd | wc -l
40

大家千万不要误以为管道命令符只能在一个命令组合中使用一次。我们完全可以这样使用：“命令A | 命令B | 命令C”。为了帮助读者进一步理解管道符的作用，刘遄老师在讲课时经常会把管道符描述成“任意门”。想必大家小时候都看过“哆啦A梦”动画片吧。哆啦A梦（也就是常称的机器猫）经常为了取悦大雄而从口袋中掏出一件件宝贝，其中好多次就用到了任意门这个道具。其实，管道符就好像是用于实现数据穿越的任意门，能够帮助提高工作效率，完成之前不敢想象的复杂工作。

Tips

曾经有位东北的同学做了一个特别贴切的类比：把管道符当做流水线作业，这跟吃顿烧烤是同一个道理，即第一个人负责切肉，第二个人负责串肉，第三个人负责烧烤，最后的处理结果交付给用户。

如果读者是一名Linux新手，可能会觉得上面的命令组合已经十分复杂了，但是有过运维经验的读者又会感觉如隔靴挠痒般不过瘾，他们希望能将这样方便的命令写得更高级一些，功能更强大一些。为了感谢各位读者的捧场和对本书的认可，刘遄老师当然要义不容辞地把技术拱手奉上。如果需要将管道符处理后的结果既输出到屏幕，又同时写入到文件中，则可以与tee命令结合使用。

下述命令将显示系统中所有与bash相关的进程信息，并同时将输出到屏幕和文件中：

[root@linuxprobe ~]# ps aux | grep bash | tee result.txt
root 1070 0.0 0.1 25384 2324 ? S Sep21 0:00 /bin/bash /usr/sbin/ksmtuned
root 3899 0.0 0.2 26540 5136 pts/0 Ss 00:27 0:00 bash
root 4320 0.0 0.0 12112 1112 pts/0 S+ 00:51 0:00 grep --color=auto bash
[root@linuxprobe ~]# cat result.txt
root 1070 0.0 0.1 25384 2324 ? S Sep21 0:00 /bin/bash /usr/sbin/ksmtuned
root 3899 0.0 0.2 26540 5136 pts/0 Ss 00:27 0:00 bash
root 4320 0.0 0.0 12112 1112 pts/0 S+ 00:51 0:00 grep --color=auto bash

3.3 命令行的通配符

大家可能都遇到过提笔忘字的尴尬，作为Linux运维人员，我们有时候也会遇到明明一个文件的名称就在嘴边但就是想不起来的情况。如果只记得一个文件的开头几个字母，想遍历查找出所有以这几个字母开头的文件，该怎么操作呢？又比如，假设我们想要批量查看所有硬盘文件的相关权限属性，有一种实现方式是下面这样的：

[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8, 0 May 4 15:55 /dev/sda
[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 May 4 15:55 /dev/sda1
[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda2
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 May 4 15:55 /dev/sda2
[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda3
ls: cannot access '/dev/sda3': No such file or directory

幸亏我的硬盘文件和分区只有3个，要是有几百个，估计需要花费一天的时间来忙这个事情了。所以，这种方式的效率确实很低。

虽然第6章才会讲解Linux系统的存储结构和FHS，但现在应该能看出一些简单规律了。比如，这些硬盘设备文件都是以sda开头并且存放到了/dev目录中，这样一来，即使不知道硬盘的分区编号和具体分区的个数，也可以使用通配符来搞定。

顾名思义，通配符就是通用的匹配信息的符号，比如星号（*）代表匹配零个或多个字符，问号（?）代表匹配单个字符，中括号内加上数字[0-9]代表匹配0～9之间的单个数字的字符，而中括号内加上字母[abc]则是代表匹配a、b、c三个字符中的任意一个字符。Linux系统中的通配符及含义如表3-3所示。

表3-3 Linux系统中的通配符及含义

通配符	含义
*	任意字符
?	单个任意字符
[a-z]	单个小写字母
[A-Z]	单个大写字母
[a-Z]	单个字母
[0-9]	单个数字
[[:alpha:]]	任意字母
[[:upper:]]	任意大写字母
[[:lower:]]	任意小写字母
[[:digit:]]	所有数字
[[:alnum:]]	任意字母加数字
[[:punct:]]	标点符号

俗话讲“百闻不如一见，看书不如实验”，下面我们就来匹配所有在/dev目录中且以sda开头的文件：

[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda*
brw-rw----. 1 root disk 8, 0 May 4 15:55 /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 May 4 15:55 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 May 4 15:55 /dev/sda2

如果只想查看文件名以sda开头，但是后面还紧跟其他某一个字符的文件的相关信息，这时就需要用到问号来进行通配了：

[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda?
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 May 4 15:55 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 May 4 15:55 /dev/sda2

除了使用[0-9]来匹配0～9之间的单个数字，也可以用[135]这样的方式仅匹配这3个指定数字中的一个；若没有匹配到数字1或2或3，则不会显示出来：

[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda[0-9]
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 May 4 15:55 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 May 4 15:55 /dev/sda2
[root@linuxprobe ~]# ls -l /dev/sda[135]
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 May 4 15:55 /dev/sda1

通配符不一定非要放到最后面，也可以放到前面。比如，可以使用下述命令来搜索/etc/目录中所有以.conf结尾的配置文件有哪些：

[root@linuxprobe ~]# ls -l /etc/*.conf
-rw-r--r--. 1 root root 55 Feb 1 2019 /etc/asound.conf
-rw-r--r--. 1 root root 25696 Dec 12 2018 /etc/brltty.conf
-rw-r--r--. 1 root root 1083 Apr 4 2018 /etc/chrony.conf
-rw-r--r--. 1 root root 1174 Aug 12 2018 /etc/dleyna-server-service.conf
-rw-r--r--. 1 root dnsmasq 26843 Aug 12 2018 /etc/dnsmasq.conf
-rw-r--r--. 1 root root 117 Jan 16 2019 /etc/dracut.conf
-rw-r--r--. 1 root root 20 Aug 12 2018 /etc/fprintd.conf
-rw-r--r--. 1 root root 38 Nov 16 2018 /etc/fuse.conf
………………省略部分输出信息………………

通配符不仅可用于搜索文件或代替被通配的字符，还可以与创建文件的命令相结合，一口气创建出好多个文件。不过在创建多个文件时，需要使用大括号，并且字段之间用逗号间隔：

[root@linuxprobe ~]# touch {AA,BB,CC}.conf
[root@linuxprobe ~]# ls -l *.conf
-rw-r--r--. 1 root root 0 Sep 22 01:54 AA.conf
-rw-r--r--. 1 root root 0 Sep 22 01:54 BB.conf
-rw-r--r--. 1 root root 0 Sep 22 01:54 CC.conf

使用通配符还可以输出一些指定的信息：

[root@linuxprobe ~]# echo file{1,2,3,4,5}
file1 file2 file3 file4 file5

3.4 常用的转义字符

为了能够更好地理解用户的表达，Shell解释器还提供了特别丰富的转义字符来处理输入的特殊数据。刘遄老师以10多年的工作和培训为基础，愣是用了两周时间从数十个转义字符中提炼出了4个最常用的转义字符！这件事情也让我深刻反省了很长时间，原本认为图书写得越厚，作者越是大牛，现在发现这种观念完全是错误的，希望读者在读完本书后能体会到刘遄老师的用心付出。

4个最常用的转义字符如下所示。

反斜杠（\）：使反斜杠后面的一个变量变为单纯的字符。

单引号（' '）：转义其中所有的变量为单纯的字符串。

双引号（" "）：保留其中的变量属性，不进行转义处理。

反引号（ ）：把其中的命令执行后返回结果。

我们先定义一个名为PRICE的变量并赋值为5，然后输出以双引号括起来的字符串与变量信息：

[root@linuxprobe ~]# PRICE=5
[root@linuxprobe ~]# echo "Price is $PRICE"
Price is 5

接下来，我们希望能够输出“Price is $5”，即“价格是5美元”的字符串内容，但碰巧美元符号与变量提取符号合并后的$$作用是显示当前程序的进程ID号码，于是命令执行后输出的内容并不是我们所预期的：

[root@linuxprobe ~]# echo "Price is $$PRICE" 
Price is 3767PRICE

要想让第一个“$”乖乖地作为美元符号，那么就需要使用反斜杠（\）来进行转义，将这个命令提取符转义成单纯的文本，去除其特殊功能：

[root@linuxprobe ~]# echo "Price is \$$PRICE"
Price is $5

而如果只需要某个命令的输出值，可以像命令这样，将命令用反引号括起来，达到预期的效果。例如，将反引号与uname -a命令结合，然后使用echo命令来查看本机的Linux版本和内核信息：

[root@linuxprobe ~]# echo `uname -a`
Linux linuxprobe.com 4.18.0-80.el8.x86_64 #1 SMP Wed Mar 13 12:02:46 UTC 2019 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

反斜杠和反引号的功能比较有特点，同学们一般不会犯错，但对于什么时候使用双引号却容易混淆，因为在大多数情况下好像加不加双引号，效果都一样：

[root@linuxprobe ~]# echo AA BB CC
AA BB CC
[root@linuxprobe ~]# echo "AA BB CC"
AA BB CC

两者的区别在于用户无法得知第一种执行方式中到底有几个参数。是的，不能确定！因为有可能把“AA BB CC”当作一个参数整体直接输出到屏幕，也有可能分别将AA、BB和CC输出到屏幕。而且，就算摸清了echo命令处理参数的机制，在使用其他命令时依然存在这种情况。

这里给大家总结一个简单小技巧，虽然可能不够严谨，但绝对简单：如果参数中出现了空格，就加双引号；如果参数中没有空格，那就不用加双引号。

3.5 重要的环境变量

变量是计算机系统用于保存可变值的数据类型。在Linux系统中，变量名称一般都是大写的，命令则都是小写的，这是一种约定俗成的规范。Linux系统中的环境变量是用来定义系统运行环境的一些参数，比如每个用户不同的家目录、邮件存放位置等。可以直接通过变量名称来提取到对应的变量值。

为了更好地帮助大家理解变量的作用，给大家举个例子。前文中曾经讲到，在Linux系统中一切都是文件，Linux命令也不例外。那么，在用户执行了一条命令之后，Linux系统中到底发生了什么事情呢？简单来说，命令在Linux中的执行分为4个步骤。

第1步：判断用户是否以绝对路径或相对路径的方式输入命令（如/bin/ls），如果是绝对路径则直接执行，否则进入第2步继续判断。

第2步：Linux系统检查用户输入的命令是否为“别名命令”，即用一个自定义的命令名称来替换原本的命令名称。

之前在使用rm命令删除文件时，Linux系统都会要求用户确认是否执行删除操作，其实这就是Linux系统为了防止用户误删除文件而特意设置的rm别名命令—“rm -i”。

[root@linuxprobe ~]# ls
anaconda-ks.cfg  Documents  initial-setup-ks.cfg  Pictures  Templates
Desktop          Downloads  Music                 Public    Videos
[root@linuxprobe ~]# rm anaconda-ks.cfg 
rm: remove regular file 'anaconda-ks.cfg'? y

可以用alias命令来创建一个属于自己的命令别名，语法格式为“alias别名=命令”。若要取消一个命令别名，则是用unalias命令，语法格式为“unalias别名”。

将当前rm命令所被设置的别名取消掉，再删除文件试试：

[root@linuxprobe ~]# unalias rm
[root@linuxprobe ~]# rm initial-setup-ks.cfg 
[root@linuxprobe ~]#

第3步：Bash解释器判断用户输入的是内部命令还是外部命令。内部命令是解释器内部的指令，会被直接执行；而用户在绝大部分时间输入的是外部命令，这些命令交由步骤4继续处理。可以使用“type命令名称”来判断用户输入的命令是内部命令还是外部命令：

[root@linuxprobe ~]# type echo
echo is a shell builtin
[root@linuxprobe ~]# type uptime
uptime is /usr/bin/uptime

第4步：系统在多个路径中查找用户输入的命令文件，而定义这些路径的变量叫作PATH，可以简单地把它理解成是“解释器的小助手”，作用是告诉Bash解释器待执行的命令可能存放的位置，然后Bash解释器就会乖乖地在这些位置中逐个查找。PATH是由多个路径值组成的变量，每个路径值之间用冒号间隔，对这些路径的增加和删除操作将影响到Bash解释器对Linux命令的查找。

[root@linuxprobe ~]# echo $PATH
/usr/local/bin:/usr/local/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:/root/bin
[root@linuxprobe ~]# PATH=$PATH:/root/bin
[root@linuxprobe ~]# echo $PATH
/usr/local/bin:/usr/local/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:/root/bin:/root/bin

我们可以使用env命令来查看Linux系统中所有的环境变量，而刘遄老师为您精挑细选出了最重要的10个环境变量，如表3-4所示。

表3-4 Linux系统中最重要的10个环境变量

变量名称	作用
HOME	用户的主目录（即家目录）
SHELL	用户在使用的Shell解释器名称
HISTSIZE	输出的历史命令记录条数
HISTFILESIZE	保存的历史命令记录条数
MAIL	邮件保存路径
LANG	系统语言、语系名称
RANDOM	生成一个随机数字
PS1	Bash解释器的提示符
PATH	定义解释器搜索用户执行命令的路径
EDITOR	用户默认的文本编辑器

Linux作为一个多用户、多任务的操作系统，能够为每个用户提供独立的、合适的工作运行环境。因此，一个相同的变量会因为用户身份的不同而具有不同的值。例如，使用下述命令来查看HOME变量在不同的用户身份下都有哪些值（su是用于切换用户身份的命令，将在第5章跟大家见面）：

[root@linuxprobe ~]# echo $HOME
/root
[root@linuxprobe ~]# su - linuxprobe
[linuxprobe@linuxprobe ~]$ echo $HOME
/home/linuxprobe

其实变量是由固定的变量名与用户或系统设置的变量值两部分组成的，我们完全可以自行创建变量来满足工作需求。例如，设置一个名称为WORKDIR的变量，方便用户更轻松地进入一个层次较深的目录：

[root@linuxprobe ~]# mkdir /home/workdir
[root@linuxprobe ~]# WORKDIR=/home/workdir
[root@linuxprobe ~]# cd $WORKDIR 
[root@linuxprobe workdir]# pwd
/home/workdir

但是，这样的变量不具有全局性，作用范围也有限，默认情况下不能被其他用户使用：

[root@linuxprobe workdir]# su linuxprobe
[linuxprobe@linuxprobe ~]$ cd $WORKDIR
[linuxprobe@linuxprobe ~]$ echo $WORKDIR
[linuxprobe@linuxprobe ~]$ exit

如果工作需要，可以使用export命令将其提升为全局变量，这样其他用户也就可以使用它了：

[root@linuxprobe ~]# export WORKDIR
[root@linuxprobe ~]# su linuxprobe
[linuxprobe@linuxprobe ~]$ cd $WORKDIR
[linuxprobe@linuxprobe workdir]$ pwd
/home/workdir

后续要是不使用这个变量了，则可执行unset命令把它取消掉：

[root@linuxprobe ~]# unset WORKDIR
[root@linuxprobe ~]#

Tips

直接在终端设置的变量能够立即生效，但在重启服务器后就会失效，因此我们需要将变量和变量值写入到.bashrc或者.bash_profile文件中，以确保永久能使用它们。什么？不知道该怎么编辑文件？快来看第4章吧。