一、标准输入输出（Standard I/O）与文件描述符

每个 Linux 进程启动时默认关联三个标准流（Standard Streams）：

流名称	文件描述符	默认来源/目标	说明
STDIN（标准输入）	0	键盘	程序读取输入的地方
STDOUT（标准输出）	1	终端	正常输出内容
STDERR（标准错误）	2	终端	错误信息输出

关键点：这些流可通过重定向机制改变其输入或输出目标。

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二、输出重定向

1. 常用重定向符号

符号	作用	示例
>	覆盖写入标准输出到文件	ls > file.list
>>	追加写入标准输出到文件	echo "data" >> log.txt
2>	覆盖写入标准错误到文件	find / -name invalid 2> error.log
2>>	追加写入标准错误到文件	command 2>> error.log
&>	覆盖写入所有输出（stdout + stderr）到文件	command &> all.log
&>>	追加写入所有输出到文件	command &>> all.log

说明：

• &> 和 &>> 是 Bash 扩展语法。
• 其等价 POSIX 写法为：> file 2>&1 和 >> file 2>&1。
• 在可移植脚本中，建议使用 POSIX 兼容语法。

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2. & 的多重含义

上下文	含义	示例
命令末尾	后台运行进程	ping 8.8.8.8 &
重定向中	引用文件描述符	2>&1、1>&2
重定向简写（Bash）	表示“所有输出”	&> file
条件语句	逻辑与操作符	cmd1 && cmd2

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3. 重定向顺序的重要性

Shell 从左到右解析重定向命令。

正确写法：

command > output.log 2>&1

执行过程：

1. > output.log：将 stdout（fd=1）指向 output.log。
2. 2>&1：将 stderr（fd=2）指向 fd=1 当前的位置（即 output.log）。

错误写法：

command 2>&1 > output.log

执行过程：

1. 2>&1：此时 fd=1 仍指向终端，因此 fd=2 也指向终端。
2. > output.log：仅将 fd=1 指向文件，fd=2 仍指向终端。

结果：

• 正常输出 → 写入 output.log
• 错误信息 → 仍显示在终端

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4. 合并标准错误与标准输出的方式对比

方法	说明	兼容性
2>&1	分步重定向（先重定向 stdout，再将 stderr 指向 stdout）	POSIX 标准
&>	一步合并（Bash 扩展）	Bash 特有，非 POSIX

内部等价：&> file ≡ > file 2>&1

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5. 实用技巧

(1) 合并错误与正常输出用于管道

find /etc -name passwd 2>&1 | wc -l

→ 将错误和正常输出统一送入管道，统计总行数。

(2) 静默执行（丢弃所有输出）

ping -c 2 192.168.1.1 &> /dev/null

• /dev/null 是系统提供的“黑洞”设备，所有写入内容被丢弃。
• 常用于脚本中避免干扰日志或终端。

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三、管道（Pipe）

1. 基础用法：|

• 将前一个命令的 标准输出 作为后一个命令的 标准输入。
• 不传递标准错误，需显式合并：2>&1

示例：

cat /etc/passwd | grep root
ps aux | sort -k 3 -r | head -n 5

2. 管道与重定向组合

(1) 捕获错误信息

find / -name "*.log" 2>&1 | grep "No such file"

(2) 统计全部输出行数（含错误）

command 2>&1 | wc -l

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四、输入重定向

1. <：从文件读取输入

将文件内容作为命令的标准输入。

示例：

cat < /etc/hosts
tr 'a-z' 'A-Z' < /etc/issue
mail user@example.com < email_content.txt

适用场景：当命令不支持直接传文件名参数，只能从 stdin 读取时（如 tr）。

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2. <<：Here Document（内嵌文档）

允许在命令中直接嵌入多行文本，直到遇到指定终止符（如 EOF）。

示例：

cat > config.txt << EOF
line 1
line 2
line 3
EOF

要求：

• 终止符必须单独成行且前后一致。
• 常用于脚本中生成配置文件、远程命令块等。

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3. < 与 << 对比

符号	输入来源	典型用途
<	已存在的文件	使用文件内容作为命令输入
<<	命令后内嵌的多行文本	动态生成配置、脚本块或指令序列

简言之：

• < 是“读文件”
• << 是“写文本块”

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4. cat 与重定向的原理

cat（concatenate）的核心功能是：

从标准输入（stdin）读取数据，并将其输出到标准输出（stdout）。

• 若指定文件：cat file.txt → 从文件读取并输出到终端。
• 若无参数：cat → 从键盘读取（stdin），原样输出到终端，直到收到 EOF（Ctrl+D）。

cat > file 的工作机制

cat > myfile.txt

Shell 执行步骤：

1. 启动 cat 命令；
2. 将 cat 的 stdout 重定向到 myfile.txt（覆盖写入）；
3. cat 从 stdin（默认为键盘）读取用户输入，按 Ctrl + D（EOF 信号）；
4. 用户输入内容经 cat 输出至 stdout，最终写入文件。

此方式可用于交互式创建文件。

cat > file << EOF 的工作机制

cat > config.txt << EOF
server_port=8080
log_level=info
EOF

Shell 执行步骤：

• > config.txt：准备将 stdout 写入文件（覆盖模式）；
• << EOF：构造一段虚拟输入流（stdin）；
• cat 从 stdin 读取内嵌文本；
• 输出到 stdout，即 config.txt。

关键理解：

• cat 本身只是“搬运工”——它把 stdin 的内容搬到 stdout。
• stdin 来源和 stdout 目标由 Shell 的重定向机制决定，而非 cat 自身控制。

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五、实战应用场景

1. 日志分析

提取 Apache 访问日志中的 404 请求并统计：

grep "404" /var/log/httpd/access_log | awk '{print $7}' | sort | uniq -c | sort -nr > 404_errors.txt

2. 端口检测（静默模式）

nc -z -w 2 192.168.1.1 80 &> /dev/null
if [ $? -eq 0 ]; then
  echo "Port 80 is open"
else
  echo "Port 80 is closed"
fi

3. 批量文件处理

压缩所有 .txt 文件并分别记录成功与失败日志：

find . -name "*.txt" | while read -r file; do
  gzip "$file" 2>> compress_error.log
  echo "Compressed $file" >> compress_success.log
done

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六、核心原理与注意事项

1. 重定向本质

• 是文件描述符的重映射。
• 例如 2>&1 表示：将 fd=2 指向 fd=1 当前所指向的目标（不是复制内容）。

2. 管道限制

• 默认仅传递 STDOUT。
• 处理大文件时，建议分块处理（如使用 split 或 awk 'NR<=N'），避免内存缓冲区溢出。

3. 安全建议

• > 会覆盖文件内容，建议先检查文件是否存在或使用 >>。
• 在启用 set -e 的脚本中，确保重定向产生的错误能通过 $? 正确捕获。

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七、Vim 编辑器常用操作

1. 命令模式（Normal Mode）

命令	功能
:set nu	显示行号
:set nonu	取消行号
G	跳至文件末尾
gg	跳至第一行
:30 或 30G	跳至第 30 行
$	跳至行尾
dd	删除当前行
2dd	删除从当前行起共 2 行
yy / 2yy	复制 1 行 / 2 行
p	粘贴（光标后）
u	撤销上一步操作
cc	删除当前行并进入插入模式
:%s/old/new/g	全文替换
:%d 或 ggdG	删除全部内容
:set ignorecase	搜索忽略大小写
:set noignorecase	搜索区分大小写
:set paste	启用粘贴模式（防止自动缩进干扰）

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2. 插入模式（Insert Mode）

按键	功能
i	在光标当前位置进入插入模式
o	在当前行下方插入新行并进入插入模式
O	在当前行上方插入新行并进入插入模式

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3. 可视化模式（Visual Mode）

按键	功能
v	字符级选择
V	行级选择
Ctrl+v	块选择（列模式）

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4. 交换文件（Swap File）处理

当 Vim 检测到 .filename.swp 文件时，可能原因包括：

• 其他 Vim 实例正在编辑该文件；
• 上次编辑异常退出，留下恢复文件。

操作选项：

• (O)pen Read-Only：只读打开；
• (E)dit anyway：强制编辑（有冲突风险）；
• (R)ecover：尝试从交换文件恢复内容；
• (D)elete it：删除交换文件；
• (Q)uit：退出；
• (A)bort：放弃打开。

建议：若确认无需恢复，应手动删除 .swp 文件以避免重复提示。

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八、核心符号速查表

符号	作用
>	标准输出覆盖重定向
>>	标准输出追加重定向
2>	标准错误覆盖重定向
2>>	标准错误追加重定向
&>	所有输出覆盖重定向（Bash 扩展）
&>>	所有输出追加重定向（Bash 扩展）
2>&1	将标准错误重定向到标准输出
<	从文件读取输入
<<	Here Document（多行内嵌输入）

总结

掌握 IO 重定向、管道、输入重定向以及 Vim 基础操作，是构建高效 Linux 自动化脚本、日志分析流程和系统管理任务的核心能力。