数据流，就是数据传输的通道。在Linux中，一个程序启动时，将会自动开启三个数据流通道：标准输入流、标准输出流、标准错误流。本文详细介绍标准数据流的概念及其重定向的使用。

数据流的简单理解

想象一下，凌晨一点，你似乎完全没有困意，坐在电脑前疯狂地输入一条条的命令，屏幕上滚动的字符告诉你，程序正按你预想的方式执行。突然，一段红色的文字打断了你的思路：程序报错了。

在上面这个场景中，你从键盘输入的信息就是输入流，在屏幕上打印出来的提示信息就是输出流，而红色的报错就是错误流。

数据流的概念

经常有人把数据流比作水管，水管中的“水”就是要传输的数据。跟水管一样，数据流有一个特点：具有方向性。 以前面的场景为例子，输入流的方向是从键盘到程序，输出流、错误流的方向是从程序到屏幕。

根据百度百科的定义：数据流（data stream）是一组有序，有起点和终点的字节的数据序列。

Linux中的标准流

Linux中有三个标准流，在一个程序启动的时候它们会自动开启。它们分别是：

  • 标准输入流（stdin: standard input，）
  • 标准输出流（stdout: standard output）
  • 标准错误流（stderr: standard error）

对应的文件描述符分别是：

  • stdin：0
  • stdout：1
  • stderr：2

程序运行的时候从输入流读取数据，作为程序的输入，程序运行过程中输出的信息被传送到输出流，类似的，错误信息被传送到错误流。

标准输入流

标准输入流默认是从键盘输入的信息。

例如，在Linux中，使用passwd命令来修改密码：

pi@raspberrypi:~ $ passwd 
为 pi 更改 STRESS 密码。
Current password: 
新的 密码：
重新输入新的 密码：
passwd：已成功更新密码

在修改密码的过程中，你需要从键盘输入当前的密码和新的密码。标准输入流就是键盘，你输入的密码从标准输入流传送到passwd程序。

除了键盘之外，标准输入流还可以是文件，或者其它程序的输出，后面会讲到。

标准输出流

输出流分为标准输出流和标准错误流，默认情况下，它们都会输出到屏幕。

以编译程序为例子，编译过程中的调试信息（标准输出流）和编译发生的错误（标准错误流）都会被显示在屏幕上。

标准输出流也可以被重定向到另外一个程序，或者一个文件。例如将当前目录中的文件列表写入到一个文件中: 

ls > a.txt

默认情况下，ls命令会输出当前目录中的文件和文件夹。不过这条命令运行后并没有任何输出，因为ls命令的输出被重定向到文件a.txt。如果查看a.txt的文件内容，就会看到当前目录中的文件和文件夹列表。

标准错误流

与标准输出流类似，标准错误流默认也会输出到屏幕上。例如：

pi@raspberrypi:~ $ rm /
rm: 无法删除'/': 是一个目录

重定向

在Linux中，标准输入流默认来自键盘输入，标准输出流和标准错误流默认发送到屏幕。在必要的时候，可以对修改输入流的来源、修改输出流的目的，这就是重定向。

常用的重定向的符号：

  1. >： 将标准输出流重定向到文件（清空文件后写入）。
  2. >>：将标准输出流重定向到文件（追加写入）。
  3. <：将文件作为命令的标准输入流。

标准输出流重定向

# 以下命令执行后没有任何输出，因为输出流被重定向到文件，执行后可以在a.txt中查看ls的输出
ls > a.txt

# 将ls命令返回的结果追加写入到文件
ls >> a.txt

输入流重定向

# 将文件内容发送到远程主机（文件内容作为命令的输入流）
nc 192.168.1.1 80 < a.txt

# 更复杂的例子：将a.txt发送到远程主机，并将输出（远程主机返回的内容）写入到b.txt文件
nc 192.168.1.1 80 < a.txt > b.txt

错误流重定向

默认情况下，重定向符号>和>>只能对标准输出流进行重定向，而没有对标准错误流重定向。 例如，使用rm命令删除根目录时，会报错无法删除：

pi@raspberrypi:~ $ rm /
rm: 无法删除'/': 是一个目录

尝试将输出写入到一个文件中：

pi@raspberrypi:~ $ rm / > b.txt
rm: 无法删除'/': 是一个目录

可以看到，错误信息依旧被显示到屏幕上，查看b.txt时，发现什么内容都没有写入。 这是因为，重定向符号“>”默认只会重定向标准输出流，而不会重定向标准错误流。所以标准错误流依旧按照默认方式输出到屏幕上。

如果想对错误流进行重定向，可以使用以下语法：

rm / 2> b.txt

即，在重定向符号前加上了一个2，这个2就是标准错误流的文件描述符。 命令执行后没有任何输出，在文件b.txt的内容中，可以看到：rm: 无法删除'/': 是一个目录。

将标准输出流写入到output.txt，同时标准错误流写入到error.txt文件：

cat b.txt xxxxx.txt >output.txt 2>error.txt

将标准错误流重定向标准输出流，将标准输出流写入文件：

cat b.txt xxxxx.txt >output.txt  2>&1

上述命令中，2表示标准错误流，1表示标准输出流（加符&的原因是，区分文件1和标准输出流）。

管道符

管道符“|”可以把一个程序的标准输出流作为另外一个程序的标准输入流，即前一个程序的输出作为后一个程序的输入。

在没有使用管道符的时候，获取可以登录shell的用户数量可以分为以下3步：

  1. 匹配/etc/passwd文件中包含“/bin/bash”字符串（即可以登录shell的用户）的行，并写入到文件a.txt中：
  2. 用wc -l a.txt命令统计a.txt文件中的行数。
  3. 删除a.txt文件。

命令如下：

pi@raspberrypi:~ $ grep "/bin/bash" /etc/passwd > a.txt
pi@raspberrypi:~ $ wc -l a.txt 
3 a.txt
pi@raspberrypi:~ $ rm a.txt

如果使用管道符，只需要一行命令：

pi@raspberrypi:~ $ grep "/bin/bash"  /etc/passwd | wc -l
3

首先，grep读取/etc/passwd文件，匹配并输出包含/bin/bash的行，输出内容作为wc命令的输入； 最后，wc -l命令统计输入的行数，并最终输出到屏幕上。

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