Записки IT специалиста

После того, как вы освоили базовые принципы работы с Linux, позволяющие более-менее уверенно чувствовать себя в среде этой операционной системы, следует начать углублять свои знания, переходя к более глубоким и фундаментальным принципам, на которых основаны многие приемы работы в ОС. Одним из важнейших является понятие потоков, которые позволяют передавать данные от одной программы к другой, а также конвейера, позволяющего выстраивать целые цепочки из программ, каждая из которых будет работать с результатом действий предыдущей. Все это очень широко используется и понимание того, как это работает важно для любого Linux-администратора.

Онлайн-курс по устройству компьютерных сетей
На углубленном курсе "Архитектура современных компьютерных сетей" вы с нуля научитесь работать с Wireshark и «под микроскопом» изучите работу сетевых протоколов. На протяжении курса надо будет выполнить более пятидесяти лабораторных работ в Wireshark.

Прежде всего определимся с терминами. Мы часто говорим: "консоль", "терминал", "командная строка" - не сильно задумываясь о смысле этих слов и подразумевая под этим в большинстве своем CLI - интерфейс командной строки. Во многих случаях такое упрощение допустимо и широко используется в профессиональной среде. Но в данном случае точный смысл этих терминов имеет значение для правильного понимания происходящих процессов.

Стандартные потоки

Начнем с основного понятия - терминал. Он уходит корнями в далекое (по компьютерным меркам) прошлое и обозначает собой оконечное устройство, предназначенное для взаимодействия оператора и компьютера, к одному компьютеру может быть присоединено несколько терминалов, каждый из которых работает самостоятельно и независимо от других. Смысл современного терминала, а приложение для работы с командной строкой называется в Linux именно так, не изменился и сегодня, хотя, если быть точными, его название - эмулятор терминала.

Данное приложение все также эмулирует оконечное устройство, предназначенное для взаимодействия пользователя с компьютером. Точно также мы можем запустить сразу несколько терминалов, каждый из которых будет работать независимо. Кроме того, следует понимать, что терминал может быть запущен как локально, так и удаленно, способ подключения к компьютеру может быть разным, но свойства терминала от этого не изменяются.

Работая с терминалом нам нужно каким-то образом передавать ему команды и получать результаты. Для этого предназначена консоль - совокупность устройств ввода-вывода обеспечивающих взаимодействие пользователя и компьютера. В качестве консоли на современных ПК выступают клавиатура и монитор, но это только один из возможных вариантов, например, в самых первых моделях терминалов в качестве консоли использовался телетайп. Консоль всегда подключена к текущему рабочему месту, в то время как терминал может быть запущен и удаленно.

Но в нашей схеме все еще чего-то не хватает. При помощи консоли мы вводим определенные команды и передаем их в терминал, а дальше? Терминал - это всего лишь оконечное устройство для взаимодействия с компьютером, но не сам компьютер, выполнять команды или производить какие-либо другие вычисления он не способен. Поэтому на сцену выходит третий компонент - командный интерпретатор. Это специальная программа, обеспечивающая базовое взаимодействие пользователя и ОС, а также дающая возможность запускать другие программы. В большинстве Linux-дистрибутивов командным интерпретатором по умолчанию является bash.

Теперь все становится на свои места. Для каждого сеанса взаимодействия пользователя и компьютера создается отдельный терминал, внутри терминала работает специальная программа - командный интерпретатор. При помощи консоли пользователь передает командному интерпретатору или запущенной с его помощью программе входящие данные и получает назад результат их работы. Осталось разобраться каким именно образом это происходит.

Для взаимодействия запускаемых в терминале программ и пользователя используются стандартные потоки ввода-вывода, имеющие зарезервированный номер (дескриптор) зарезервированный на уровне операционной системы. Всего существует три стандартных потока:

• stdin (standard input, 0) - стандартный ввод, по умолчанию нацелен на устройство ввода текущей консоли (клавиатура)
• stdout (standard output, 1) - стандартный вывод, по умолчанию нацелен на устройство вывода текущей консоли (экран)
• stderr (standard error, 2) - стандартный вывод ошибок, специальный поток для вывода сообщения об ошибках, также направлен на текущее устройство вывода (экран)

Как мы помним, в основе философии Linux лежит понятие - все есть файл. Стандартные потоки не исключение, с точки зрения любой программы - это специальные файлы, которые открываются либо на чтение (поток ввода), либо на запись (поток вывода). Это вызывает очевидный вопрос, а можно ли вместо консоли использовать файлы? Да, можно и здесь мы вплотную подошли к понятию перенаправления потоков.

Перенаправление потоков

Начнем с наиболее простого и понятного - потока вывода. В него программа отправляет результат своей работы, и он отображается на подключенном к консоли устройстве вывода, в современных системах это экран. Допустим мы хотим получить список файлов в директории, для этого мы набираем на устройстве ввода консоли команду:

ls -l dir1

Которая через стандартный поток ввода будет доставлена командному интерпретатору, тот запустит указанную программу и передаст ей требуемые аргументы, а результат вернет через стандартный поток вывода на устройство отображения информации.

Но что, если мы хотим сохранить результат работы команды в файл? Нет ничего проще, воспользуемся перенаправлением, для этого следует использовать знак >.

ls -l dir1 > result

На экран теперь не будет выведено ничего, но весь вывод команды окажется в файле result, который мы можем прочитать следующим образом:

cat result

При таком перенаправлении вывода файл-приемник каждый раз будет создаваться заново, т.е. будет перезаписан. Это очень важный момент, сразу и навсегда запомните > - всегда перезаписывает файл!

Можно ли этого избежать? Можно, для того, чтобы перенаправленный поток был дописан в конец уже существующего файла используйте для перенаправления знак >>.

Немного изменим последовательность команд:

ls -l dir1 > result
ls -l dir2 >> result

Теперь в файл попал вывод сразу двух команд, при этом, обратите внимание, первой командой мы перезаписали файл, а второй добавили в него содержимое из стандартного потока вывода.

Пойдем дальше. Как видим в выводе кроме списка файлов присутствуют строки "итого", нам они не нужны, и мы хотим от них избавиться. В этом нам поможет утилита grep, которая позволяет отфильтровать строки согласно некому выражению. Например, можно сделать так:

ls -l dir1 > result
ls -l dir2 >> result
grep rw result > result2

В целом результат достигнут, но ценой трех команд и наличием одного промежуточного файла. Можно ли сделать проще?

До этого мы перенаправляли поток вывода, но тоже самое можно сделать и с потоком ввода, используя для этого знак <. Например, мы можем сделать так:

grep rw < result

Но это ничего не изменит, поэтому мы пойдем другим путем и перенаправим на ввод одной команды вывод другой:

grep rw <(ls -l dir1) <(ls -l dir2)

На первый взгляд выглядит несколько сложно, но обратимся к man по grep:

grep [OPTIONS] PATTERN [FILE][FILE...]

В качестве паттерна мы используем rw, который есть в каждой интересующей нас строке, а в качестве файлов отдаем стандартный файл потока ввода, содержимого которого является результатом работы команды, указанной в скобках. А можно направить результат этой команды в файл? Конечно, можно:

grep rw <(ls -l dir1) <(ls -l dir2) > result

В последней команде мы перенаправили не только потоки ввода, но и поток вывода, при этом нужно понимать, что все перенаправления относятся к первой команде, иначе можно подумать, что в result будет выведен результат работы ls -l dir2, однако это неверно.

Немного особняком стоит стандартный поток вывода ошибок, допустим мы хотим получить список файлов несуществующей директории с перенаправлением вывода в файл, но сообщение об ошибке мы все равно получим на экран.

Почему так? Да потому что вывод ошибок производится в отдельный поток, который мы никуда не перенаправляли. Если мы хотим подавить вывод сообщений об ошибках на экран, то можно использовать конструкцию:

ls -l dir3 > result 2>/dev/null

В данном примере весь вывод стандартного потока ошибок будет перенаправлен в пустое устройство /dev/null.

Но можно пойти и другим путем, перенаправив поток ошибок в стандартный поток вывода:

ls -l dir3 > result 2>&1

В этом случае мы перенаправили поток вывода об ошибках в стандартный поток вывода и сообщение об ошибке не было выведено на экран, а было записано в файл, куда мы перенаправили стандартный поток вывода.

Конвейер

В предыдущих примерах мы научились перенаправлять стандартные потоки ввода-вывода и даже частично коснулись вопроса о направлении вывода одной команды на вход другой. А почему бы и нет? Потоки стандартные, это позволяет использовать вывод одной команды как ввод другой. Это еще один очень важный механизм, позволяющий раскрыть всю мощь Linux в реализации очень сложных сценариев достаточно простым способом.

Для того, чтобы перенаправить вывод одной программы на вход другой используйте знак |, на жаргоне "труба".

Самый простой пример:

dpkg -l | grep gnome

Первая команда выведет список всех установленных пакетов, вторая отфильтрует только те, в наименовании которых есть строка "gnome".

Длинна конвейера ограничена лишь нашей фантазией и здравым смыслом, никаких ограничений со стороны системы в этом нет. Но также в Linuх нет и единственно верных путей, каждую задачу можно решить самыми различными способами. Возвращаясь к получению списка файлов двух директорий мы можем сделать так:

cat <(ls -l dir1) <(ls -l dir2) | grep rw > result

Какой из этих способов лучше? Любой, Linux ни в чем не ограничивает пользователей и предоставляет им много путей для решения одной и той же задачи.

Еще один важный момент, если вы повышаете права с помощью команды sudo, то данное повышение прав через конвейер не распространяется. Например, если мы решим выполнить:

sudo command1 | command2

То первая команда будет выполнена с правами суперпользователя, а вторая с правами запустившего терминал пользователя.

Онлайн-курс по устройству компьютерных сетей
На углубленном курсе "Архитектура современных компьютерных сетей" вы с нуля научитесь работать с Wireshark и «под микроскопом» изучите работу сетевых протоколов. На протяжении курса надо будет выполнить более пятидесяти лабораторных работ в Wireshark.