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Linux Shell 数据呈现完全指南：从标准流重定向到临时文件实战

佳哥很忙2024/6/4文章LinuxShell大约 15 分钟

概述

在 Shell 脚本开发或日常运维中，我们对命令 / 脚本输出的处理通常有三种场景：

  • 仅屏幕显示：快速查看执行结果（如 ls、pwd）；
  • 仅文件保存：留存日志或数据（如脚本运行日志、统计结果）；
  • 屏幕 + 文件双存：既实时查看进度，又永久保存记录（如批量任务执行日志）。

要实现灵活的 “数据分流”，核心是理解 Linux 对输入 / 输出（I/O）的抽象机制—— 标准文件描述符。本文将从基础概念出发，逐步深入重定向、自定义文件描述符、临时文件等实战技巧，帮你掌握 Shell 数据呈现的全场景用法。

一、基础：Linux 标准文件描述符

Linux 系统将所有 I/O 操作抽象为 “文件操作”，用文件描述符（File Descriptor，FD） 标识每个打开的 “文件对象”（包括键盘、显示器、真实文件等）。

Bash Shell 保留了前 3 个文件描述符，用于处理默认的输入、输出和错误，它们是实现数据重定向的基础。

1. 三大核心文件描述符

文件描述符（FD）缩写名称默认指向功能说明
0STDIN标准输入键盘接收外部输入（如 read 命令、cat 无参时）
1STDOUT标准输出终端显示器输出正常执行结果（如命令返回的有效数据）
2STDERR标准错误输出终端显示器输出错误信息（如命令不存在、文件找不到）

关键特性：

  • 默认情况下，STDOUT 和 STDERR 都指向显示器，因此正常结果和错误会混在一起显示；
  • 三者是独立的 “流”，可单独重定向（例如将错误保存到日志，正常结果显示在屏幕）。

2. 标准输入（STDIN：FD 0）

STDIN 是 Shell 的 “数据入口”，默认从键盘读取输入。通过输入重定向符 <，可将其改为从文件读取数据（模拟键盘输入）。

示例 1：默认从键盘读取（cat 命令）

cat 命令无参数时，会持续从 STDIN 读取输入，输入一行则输出一行（按 Ctrl+D 结束）：

cat
# 输入：Hello Shell
# 输出：Hello Shell
# 输入：This is STDIN test
# 输出：This is STDIN test

示例 2：从文件读取（输入重定向）

用 < 强制 cat 从文件 test.txt 读取输入，而非键盘：

# 准备测试文件
echo "Line 1: From test.txt" > test.txt
echo "Line 2: From test.txt" >> test.txt

# 输入重定向：从文件读取
cat < test.txt
# 输出：
# Line 1: From test.txt
# Line 2: From test.txt

适用场景：为需要键盘输入的命令（如 read、wc、sort）批量提供输入数据。

3. 标准输出（STDOUT：FD 1）

STDOUT 是 Shell 的 “正常数据出口”，默认输出到显示器。通过输出重定向符 > 或 追加符 >>，可将其改为写入文件。

示例 1：覆盖写入文件（>）

将 ls -l 的正常结果写入 file_list.txt，覆盖原有内容（若文件不存在则创建）：

ls -l > file_list.txt

# 查看结果
cat file_list.txt
# 输出：
# total 8
# -rw-r--r-- 1 user user  45 Jun  4 10:00 file_list.txt
# -rw-r--r-- 1 user user  60 Jun  4 09:30 test.txt

示例 2：追加写入文件（>>）

用 >> 将 who 命令的结果追加到 file_list.txt 末尾（不覆盖原有内容）：

who >> file_list.txt

# 查看追加结果
cat file_list.txt
# 输出（新增最后一行）：
# total 8
# -rw-r--r-- 1 user user  45 Jun  4 10:00 file_list.txt
# -rw-r--r-- 1 user user  60 Jun  4 09:30 test.txt
# user     pts/0        2024-06-04 09:00 (192.168.1.100)

注意：> 会覆盖文件，使用前需确认是否保留原有内容；>> 更安全，适合日志追加。

4. 标准错误输出（STDERR：FD 2）

STDERR 专门输出错误信息，默认与 STDOUT 同指向显示器，但不会随 STDOUT 的重定向而改变—— 这是新手最容易踩的坑。

示例：错误信息不随 STDOUT 重定向

尝试列出不存在的文件 badfile，并将 STDOUT 重定向到 output.txt：

# 执行命令：STDERR 未重定向
ls -l badfile > output.txt
# 屏幕输出（错误信息，未写入文件）：
# ls: cannot access 'badfile': No such file or directory

# 查看 output.txt（空文件）
cat output.txt  # 无内容

原因：STDERR（FD 2）独立于 STDOUT（FD 1），> 仅重定向了 STDOUT，错误信息仍走默认的 “显示器” 通道。

二、进阶：重定向错误与混合输出

实际场景中，我们常需要 “分离错误和正常输出”（如错误日志归档）或 “合并输出”（如所有信息写入同一个日志），这需要针对性处理 STDERR。

1. 仅重定向错误（STDERR：FD 2）

通过 2>（2 代表 STDERR，> 代表重定向），可单独将错误信息写入文件，不影响 STDOUT。

示例 1：错误写入文件，正常结果显示在屏幕

列出 test.txt（存在）和 badfile（不存在），仅将错误写入 error.log：

ls -l test.txt badfile 2> error.log

# 屏幕输出（STDOUT：仅正常结果）：
# -rw-r--r-- 1 user user  60 Jun  4 09:30 test.txt

# 查看错误日志
cat error.log
# 输出（STDERR：仅错误信息）：
# ls: cannot access 'badfile': No such file or directory

示例 2：覆盖 vs 追加错误日志

  • 覆盖错误日志：command 2> error.log（清空原有错误）；
  • 追加错误日志：command 2>> error.log（保留原有错误，新增错误追加到末尾）。

2. 同时重定向错误与正常输出

根据需求，有两种常见的 “分离式” 重定向方案：

需求场景命令格式说明
错误写入 log1，正常结果写入 log2command 2> log1 1> log2完全分离，便于后续分别分析
错误和正常结果合并写入同一个 logcommand > log.txt 2>&1 或 command &> log.txtBash 专用，&> 是 > log 2>&1 的简化

示例 1：完全分离输出

将 ls -l test.txt badfile test2.txt 的错误写入 err.log，正常结果写入 out.log：

ls -l test.txt badfile test2.txt 2> err.log 1> out.log

# 查看正常结果
cat out.log
# -rw-r--r-- 1 user user  60 Jun  4 09:30 test.txt

# 查看错误信息
cat err.log
# ls: cannot access 'badfile': No such file or directory
# ls: cannot access 'test2.txt': No such file or directory
示例 2：合并输出（&>）
用 &> 将所有输出（正常 + 错误）写入 all.log，适合需要完整记录执行过程的场景：

bash
ls -l test.txt badfile &> all.log

# 查看合并结果
cat all.log
# ls: cannot access 'badfile': No such file or directory
# -rw-r--r-- 1 user user  60 Jun  4 09:30 test.txt

注意：&> 是 Bash 特有语法，其他 Shell（如 sh）需用 > all.log 2>&1（顺序不能乱，必须先重定向 STDOUT，再将 STDERR 指向 STDOUT）。

三、实战：在脚本中灵活控制输出

脚本开发中，常需要 “部分输出到屏幕、部分写入日志” 或 “永久重定向所有输出”，这需要结合临时重定向、永久重定向和自定义文件描述符。

1. 临时重定向：单独行输出到 STDERR

脚本中，用 >&2 可将某一行输出定向到 STDERR（而非默认的 STDOUT），便于后续单独捕获错误信息。

示例：脚本内部分离输出

# 脚本内容（save_log.sh）
#!/bin/bash
echo "【正常信息】脚本开始执行"  # 默认 STDOUT
echo "【错误信息】配置文件不存在" >&2  # 定向到 STDERR
echo "【正常信息】脚本执行结束"  # 默认 STDOUT

执行脚本并分离输出

# 运行脚本：STDERR 写入 error.log，STDOUT 显示在屏幕
./save_log.sh 2> error.log

# 屏幕输出（STDOUT）：
# 【正常信息】脚本开始执行
# 【正常信息】脚本执行结束

# 查看错误日志（STDERR）：
cat error.log
# 【错误信息】配置文件不存在

适用场景：脚本内自定义错误提示（如参数错误、文件缺失），方便用户单独收集错误日志。

2. 永久重定向：脚本内全局重定向

若脚本中大部分输出需要定向到文件，逐行写 > file 或 >&2 会很繁琐。此时可用 exec 命令，全局重定向某个文件描述符（直至脚本结束或重新定向）。

示例 1：全局重定向 STDOUT 到文件

# 脚本内容（global_redirect.sh）
#!/bin/bash
# 全局重定向：STDERR 写入 err.log，STDOUT 写入 out.log
exec 1> out.log  # STDOUT → out.log
exec 2> err.log  # STDERR → err.log

echo "脚本启动时间：$(date)"  # 写入 out.log
ls -l badfile  # 错误写入 err.log
echo "脚本执行完成"  # 写入 out.log

执行结果

./global_redirect.sh  # 无屏幕输出（所有内容已重定向）

# 查看正常输出
cat out.log
# 脚本启动时间：Tue Jun  4 11:30:00 CST 2024
# 脚本执行完成

# 查看错误输出
cat err.log
# ls: cannot access 'badfile': No such file or directory

示例 2：临时重定向后恢复默认

若需 “部分输出重定向，部分恢复到屏幕”，可先将默认指向保存到自定义文件描述符，后续再恢复：

# 脚本内容（temp_restore.sh）
#!/bin/bash
# 1. 保存 STDOUT 默认指向（显示器）到 FD 3
exec 3>&1

# 2. 临时重定向 STDOUT 到 file.log
exec 1> file.log
echo "这行写入 file.log"
echo "这行也写入 file.log"

# 3. 恢复 STDOUT 到默认（显示器）
exec 1>&3
echo "这行显示在屏幕"  # 恢复后，输出到显示器

# 关闭自定义 FD 3（避免资源泄漏）
exec 3>&-

执行结果

./temp_restore.sh
# 屏幕输出：这行显示在屏幕

# 查看文件内容
cat file.log
# 这行写入 file.log
# 这行也写入 file.log

3. 自定义文件描述符（FD 3-8）

Bash 允许使用 3-8 号文件描述符（共 6 个），用于灵活实现 “多通道输出”（如同时写入日志文件、屏幕和统计文件）。

常用场景与示例

需求实现命令说明
自定义输出通道（FD 3 写入 log）exec 3> app.log后续用 echo "内容" >&3 写入 app.log
自定义输入通道（FD 4 读文件）exec 4< config.ini后续用 read line <&4 从 config.ini 读数据
关闭自定义 FDexec 3>&-释放资源，避免脚本结束后残留

实战：多通道输出脚本

# 脚本内容（multi_fd.sh）
#!/bin/bash
# 1. 初始化自定义 FD：3→日志，4→统计
exec 3> app.log    # FD3：写入详细日志
exec 4> stat.log   # FD4：写入统计数据

# 2. 多通道输出
echo "[$(date)] 脚本启动" >&3  # 日志
echo "用户: $(whoami)" >&3     # 日志
echo "执行次数: 1" >&4         # 统计

# 3. 业务逻辑（示例：检查文件）
if [ -f "test.txt" ]; then
  echo "[$(date)] test.txt 存在" >&3
else
  echo "[$(date)] test.txt 不存在" >&2  # 错误
fi

# 4. 关闭 FD
exec 3>&-
exec 4>&-

执行结果

./multi_fd.sh 2> error.log

# 查看日志
cat app.log
# [Tue Jun  4 11:45:00 CST 2024] 脚本启动
# [Tue Jun  4 11:45:00 CST 2024] 用户: user

# 查看统计
cat stat.log
# 执行次数: 1

# 查看错误（若 test.txt 不存在）
cat error.log
# [Tue Jun  4 11:45:00 CST 2024] test.txt 不存在

四、高级：临时文件与日志记录技巧

在脚本开发中，临时文件（存储中间数据）和日志双存（屏幕 + 文件）是高频需求，掌握 mktemp 和 tee 命令能大幅提升效率。

1. 抑制命令输出（/dev/null 黑洞）

/dev/null 是 Linux 特殊文件，被称为 “黑洞”—— 任何写入它的数据都会被丢弃，读取它则返回空。常用于 “需要执行命令，但不需要输出” 的场景。

示例 1：抑制所有输出（正常 + 错误）

# 执行 ls -l badfile，不显示任何输出（包括错误）
ls -l badfile &> /dev/null

示例 2：快速清空文件

用 /dev/null 覆盖文件，保留文件本身但清空内容（比 rm + touch 更高效）：

# 清空 log.txt（文件仍存在）
cat /dev/null > log.txt

# 验证（空文件）
ls -l log.txt
# -rw-r--r-- 1 user user 0 Jun  4 12:00 log.txt

2. 创建安全临时文件（mktemp）

临时文件通常用于存储脚本运行中的中间数据，需满足 “唯一文件名” 和 “安全权限”（避免其他用户访问）。mktemp 命令专门用于创建此类临时文件 / 目录，默认权限为 rw-------（仅属主可读写），且会自动生成唯一文件名（通过替换模板中的 XXXXXX 实现）。

用法核心：文件名模板

mktemp 需传入 “文件名模板”，模板末尾必须包含 6 个 X（用于生成随机字符），格式如下：

mktemp [选项] 模板名.XXXXXX

常见场景与示例

场景 1：在当前目录创建临时文件
# 创建临时文件，模板为 "temp_data.XXXXXX"
temp_file=$(mktemp temp_data.XXXXXX)

# 查看生成的文件名（唯一）
echo $temp_file  # 输出：temp_data.3z8xQ7（每次运行结果不同）

# 写入数据并验证
echo "中间数据：$(date)" > $temp_file
cat $temp_file
# 输出：中间数据：Tue Jun  4 12:15:00 CST 2024

# 脚本结束后删除临时文件（避免残留）
rm -f $temp_file
场景 2：在系统临时目录（/tmp）创建文件

系统临时目录 /tmp 特性：重启后自动清空，适合存放无需持久化的临时数据。通过 -t 选项，mktemp 会直接在 /tmp 生成文件，并返回完整路径。

# -t 选项：在 /tmp 目录创建，返回全路径
temp_file=$(mktemp -t tmp_script.XXXXXX)

# 查看路径（/tmp 开头）
echo $temp_file  # 输出：/tmp/tmp_script.9aY2b3

# 写入数据
echo "系统临时数据" > $temp_file
cat $temp_file  # 输出：系统临时数据
场景 3：创建临时目录（-d 选项）

若需批量存放多个临时文件（如拆分的日志片段、临时配置），可用 -d 选项创建临时目录：

# -d 选项：创建临时目录
temp_dir=$(mktemp -d tmp_workdir.XXXXXX)

# 在临时目录中创建子文件
echo "子文件 1 数据" > $temp_dir/sub1.txt
echo "子文件 2 数据" > $temp_dir/sub2.txt

# 查看目录结构
ls -l $temp_dir
# 输出：
# -rw------- 1 user user 16 Jun  4 12:20 sub1.txt
# -rw------- 1 user user 16 Jun  4 12:20 sub2.txt

# 脚本结束后删除整个目录
rm -rf $temp_dir

安全优势：mktemp 生成的文件 / 目录仅属主可访问，避免了手动创建 temp.txt 时可能被其他用户篡改的风险。

3. 日志双存：屏幕 + 文件同时输出（tee 命令）

实际运维中，常需要 “实时在屏幕查看执行进度，同时将输出保存到日志文件”——tee 命令恰好解决此需求，其功能类似 “T 型管道”：

  • 接收 STDIN 数据；
  • 一份输出到 STDOUT（屏幕）；
  • 另一份写入指定文件。

基础用法

tee [选项] 目标文件
  • -a 选项：追加写入文件（默认覆盖）；
  • 可配合管道 |，将前一个命令的输出作为 tee 的输入。

示例 1：单次命令双存输出

将 date 命令的结果同时显示在屏幕和写入 time.log：

date | tee time.log
# 屏幕输出：Tue Jun  4 12:30:00 CST 2024
# 同时写入 time.log

# 验证文件内容
cat time.log  # 输出：Tue Jun  4 12:30:00 CST 2024

示例 2：追加写入日志（-a 选项）

多次执行命令，将结果追加到同一日志（避免覆盖）：

# 第一次：覆盖写入
who | tee user_log.log
# 屏幕输出：user     pts/0        2024-06-04 09:00 (192.168.1.100)

# 第二次：追加写入
date | tee -a user_log.log

# 查看最终日志
cat user_log.log
# 输出：
# user     pts/0        2024-06-04 09:00 (192.168.1.100)
# Tue Jun  4 12:35:00 CST 2024

示例 3：脚本中双存输出（结合重定向）

脚本执行时，将所有输出（正常 + 错误）同时显示在屏幕和写入 script.log：

# 脚本内容（tee_demo.sh）
#!/bin/bash
echo "【$(date)】脚本启动"
ls -l test.txt badfile  # 包含正常和错误输出
echo "【$(date)】脚本结束"

执行脚本并双存日志

# 合并 STDOUT 和 STDERR，通过 tee 双存
./tee_demo.sh 2>&1 | tee -a script.log

执行结果

  • 屏幕输出（实时查看）：
【Tue Jun  4 12:40:00 CST 2024】脚本启动
-rw-r--r-- 1 user user 60 Jun  4 09:30 test.txt
ls: cannot access 'badfile': No such file or directory
【Tue Jun  4 12:40:00 CST 2024】脚本结束
  • 日志文件 script.log（永久保存，内容与屏幕一致）。

五、排查工具：列出打开的文件描述符（lsof）

脚本执行中若出现 “文件描述符泄露”“重定向无效” 等问题，可通过 lsof 命令查看当前进程的文件描述符状态，快速定位问题。

核心用法：过滤当前进程的 FD

lsof（List Open Files）可列出系统中所有打开的文件，结合以下选项过滤当前 Shell / 脚本的文件描述符：

  • -p $$：$$ 是 Bash 内置变量，代表当前进程 PID；
  • -d 0-8：仅显示 0-8 号文件描述符；
  • -a：逻辑 “与”，同时满足前两个条件。

示例 1：查看当前 Shell 的默认 FD

# 查看当前 Shell 的 0-2 号 FD
lsof -a -p $$ -d 0,1,2
输出解析
plaintext
COMMAND   PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
bash    12345 user    0u   CHR  136,0      0t0    3 /dev/pts/0  # STDIN（键盘）
bash    12345 user    1u   CHR  136,0      0t0    3 /dev/pts/0  # STDOUT（显示器）
bash    12345 user    2u   CHR  136,0      0t0    3 /dev/pts/0  # STDERR（显示器）
  • FD 列：0u 代表 0 号 FD，u 表示 “读写权限”；
  • TYPE 列：CHR 代表字符设备（键盘 / 显示器），REG 代表常规文件。

示例 2：查看脚本中自定义 FD

在脚本中创建自定义 FD 后，用 lsof 验证其状态：

# 脚本内容（lsof_demo.sh）
#!/bin/bash
# 创建自定义 FD 3（写入文件）和 4（读取文件）
exec 3> demo.log
exec 4< test.txt

# 查看当前进程的 FD 0-4
lsof -a -p $$ -d 0-4

# 关闭 FD
exec 3>&-
exec 4>&-

执行结果（关键部分）

COMMAND   6789 user    3w   REG    8,1        0 12345 /home/user/demo.log  # FD3：写文件
COMMAND   6789 user    4r   REG    8,1       60 12346 /home/user/test.txt   # FD4：读文件

通过输出可确认：FD3 以 “写权限（w）” 指向 demo.log，FD4 以 “读权限（r）” 指向 test.txt，符合预期配置。

六、总结：Shell 数据呈现最佳实践

需求场景推荐方案注意事项
仅保存正常输出command > out.log 或 command >> out.log> 覆盖，>> 追加，避免误删数据
仅保存错误输出command 2> err.log 或 command 2>> err.log2 与 > 之间无空格，否则语法错误
分离正常与错误输出command 1> out.log 2> err.log顺序无关，可分别分析两类日志
合并输出并双存（屏幕 + 文件）command 2>&1 | tee -a all.log | 2>&1需在管道前，确保错误也进入 tee
脚本内临时重定向某行到 STDERRecho "错误" >&2必须加 &，否则会被解析为 “文件名为 2”
脚本内全局重定向后恢复默认exec 3>&1; exec 1> log.log; ...; exec 1>&3用自定义 FD 保存默认指向，避免无法恢复
创建安全临时文件 / 目录mktemp -t 模板.XXXXXX 或 mktemp -d模板.XXXXXX 模板需含 6 个 X，脚本结束后删除临时文件
抑制所有输出（无需记录）command &> /dev/null适用于 “执行命令但不关心结果” 的场景（如清理）

掌握以上技巧后，你可以根据实际需求灵活控制 Shell 数据的流向，无论是脚本开发、日常运维还是批量任务处理，都能实现 “精准分流、安全存储、便捷排查” 的目标。