Перенаправление ввода-вывода

Механизм перенаправления ввода-вывода является одним из наиболее элегант­ных, мощных и одновременно простых механизмов UNIX. Цель, которая стави­лась при разработке этого механизма, состоит в следующем. Поскольку UNIX — это интерактивная система, которая создавалась в конце 60-х — начале 70-х годов, то обычно программы считывали текстовые строки с алфавитно-цифрового тер­минала и выводили результирующие текстовые строки на экран терминала. Для того чтобы обеспечить большую гибкость при использовании таких программ, же­лательно было иметь возможность вводить в них данные непосредственно из фай­лов или с выхода других программ и выводить их данные в файл или на вход дру­гих программ.

Реализация этого механизма основывается на следующих свойствах операцион­ных систем семейства UNIX. Во-первых, любой ввод-вывод трактуется как ввод из некоторого файла и вывод в некоторый файл. Клавиатура и экран терминала тоже интерпретируются как файлы (первый можно только читать, а во второй мож­но только писать). Во-вторых, доступ к любому файлу производится через его де­скриптор (положительное целое число). Фиксируются три значения дескрипто­ров файлов. Файл с дескриптором 1 называется файлом стандартного ввода (stdin), файл с дескриптором 2 — файлом стандартного вывода (stdout), и файл с дескрипто­ром 3 — файлом стандартного вывода диагностических сообщений (stderr). В-треть­их, программа, запущенная в некотором процессе, «наследует» от породившего процесса все дескрипторы открытых файлов.

¹ Не путать с потоком выполнения, или тредом (thread).

Семейство операционных систем UNIX____________________________________ 323

В головном процессе интерпретатора командного языка файлом стандартного ввода является клавиатура терминала пользователя, а файлами стандартного вывода и вывода диагностических сообщений — экран терминала. Однако при запуске лю­бой команды можно сообщить интерпретатору (средствами соответствующего ко­мандного языка), какой файл или выход какой программы должен служить фай­лом стандартного ввода для запускаемой программы, а также какой файл или вход какой программы должен служить для запускаемой программы файлом стандарт­ного вывода или файлом вывода диагностических сообщений. Тогда интерпрета­тор перед выполнением системного вызова exec открывает указанные файлы, под­меняя смысл дескрипторов 1, 2 и 3.

То же самое может проделать и любая другая программа, запускающая третью программу в специально созданном процессе. Следовательно, все, что требуется для нормального функционирования механизма перенаправления ввода-выво­да, — это придерживаться при программировании соглашения об использовании дескрипторов stdin, stdout и stderr. Это не очень трудно, поскольку в наиболее распространенных функциях библиотеки ввода-вывода printf, scanf и error вооб­ще не требуется указывать дескриптор файла. Функция printf неявно использует дескриптор stdout, функция scanf — дескриптор stdin, функция error— дескрип­тор stderr.