Перенаправление ввода/вывода

Механизм перенаправления ввода/вывода является одним из наиболее элегант­ных, мощных и одновременно простых механизмов ОС 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 вводили текстовые строки с терминала и выво­дили результирующие текстовые строки на экран терминала. Для того чтобы обеспечить более гибкое использование таких программ, желательно было уметь обеспечить им ввод из файла или из вывода других программ и направить их вы­вод в файл или на ввод другим программам.

Реализация этого механизма основывается на следующих свойствах ОС 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.

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 вывод какой программы должен служить файлом стандартного ввода для запускаемой программы и какой файл или ввод какой программы должен служить файлом стандартного вывода или вывода диагностических сообщений для запускаемой программы. Тогда интер­претатор перед выполнением системного вызова ехес 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, всё, 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 stdout, функция scanf – stdin, а функция error – stderr.

Файловая система

Файл в системе UNIX представляет собой множество символов с произвольным доступом. В файле содержатся произвольные данные, помещенные туда пользо­вателем, и файл не имеет никакой другой структуры, кроме той, какую налагает на него пользователь.