Перенаправление ввода-вывода, каналы и фильтры. Категории средств обмена информацией

Практически все операционные системы обладают механизмом перенаправления ввода/вывода. Linux не является исключением из этого правила. Обычно программы вводят текстовые данные с консоли (терминала) и выводят данные на консоль. При вводе под консолью подразумевается клавиатура, а при выводе – дисплей терминала. Клавиатура и дисплей – это, соответственно, стандартный ввод и вывод (stdin и stdout). Любой ввод/вывод можно интерпретировать как ввод из некоторого файла и вывод в файл. Работа с файлами производится через их дескрипторы. Для организации ввода/вывода в UNIX используются три файла: stdin (дескриптор 1), stdout (2) и stderr(3).

Символ > используется для перенаправления стандартного вывода в файл.

Пример: $ cat > newfile.txt Стандартный ввод команды cat будет перенаправлен в файл newfile.txt, который будет создан после выполнения этой команды. Если файл с этим именем уже существует, то он будет перезаписан. Нажатие Ctrl + D остановит перенаправление и прерывает выполнение команды cat.

Символ < используется для переназначения стандартного ввода команды. Например, при выполнении команды cat < file.txt в качестве стандартного ввода будет использован файл file.txt, а не клавиатура.

Символ >> используется для присоединения данных в конец файла (append) стандартного вывода команды. Например, в отличие от случая с символом >, выполнение команды cat >> newfile.txt не перезапишет файл в случае его существования, а добавит данные в его конец.

Особым вариантом перенаправления вывода является организация программного канала (иногда называет трубопроводом или конвейером). Для этого две или несколько команд, таких, что вывод предыдущей служит вводом для следующей, соединяются (или разделяются, если вам это больше нравится) символом вертикальной черты — "|". При этом стандартный выходной поток команды, расположенной слева от символа |, направляется на стандартный ввод программы, расположенной справа от символа |. Например: [user]$ cat myfile | grep Linux | wc -l

Эта строка означает, что вывод команды cat, т. е. текст из файла myfile, будет направлен на вход команды grep, которая выделит только строки, содержащие слово "Linux". Вывод команды grep будет, в свою очередь, направлен на вход команды wc -l, которая подсчитает число таких строк.

Программные каналы используются для того, чтобы скомбинировать несколько маленьких программ, каждая из которых выполняет только определенные преобразования над своим входным потоком, для создания обобщенной команды, результатом которой будет какое-то более сложное преобразование.

Оболочка одновременно вызывает на выполнение все команды, включенные в конвейер, запуская для каждой из команд отдельный экземпляр оболочки, так что как только первая программа начинает что-либо выдавать в свой выходной поток, следующая команда начинает его обрабатывать. Точно так же каждая следующая команда выполняет свою операцию, ожидая данных от предыдущей команды и выдавая свои результаты на вход последующей. Если вы хотите, чтобы какая-то команда полностью завершилась до начала выполнения последующей, вы можете использовать в одной строке как символ конвейера |, так и точку с запятой;. Перед каждой точкой с запятой оболочка будет останавливаться и ожидать, пока завершится выполнение всех предыдущих команд, включенных в конвейер.

Статус выхода (логическое значение, возвращаемое после завершения работы программы) из канала совпадает со статусом выхода, возвращаемым последней командой конвейера. Перед первой командой конвейера можно поставить символ "!", тогда статус выхода из конвейера будет логическим отрицанием статуса выхода из последней команды. Оболочка ожидает завершения всех команд конвейера, прежде чем установить возвращаемое значение.

Фильтры — это команды (или программы), которые воспринимают входной поток данных, производят над ним некоторые преобразования и выдают результат на стандартный вывод (откуда его можно перенаправить куда-то еще по желанию пользователя). К числу команд-фильтров относятся уже упоминавшиеся выше команды cat, more, less, wc, cmp, diff, а также следующие команды.

grep, fgrep, egrep Ищут во входном файле или данных со стандартного ввода строки, содержащие указанный шаблон, и выдают их на стандартный вывод

tr Заменяет во входном потоке все встречающиеся символы, перечисленные в заданном перечне, на соответствующие символы из второго заданного перечня

comm Сравнивает два файла по строкам и выдает на стандартный вывод 3 колонки: в одной — строки, которые встречаются только в 1 файле, во второй — строки, которые встречаются только во 2-ом файле: и в третьей — строки, имеющиеся в обоих файлах

pr Форматирует для печати текстовый файл или содержимое стандартного ввода

sed Строковый редактор, использующийся для выполнения некоторых преобразований над входным потоком данных (берется из файла или со стандартного ввода)

Особым фильтром является команда tee, которая "раздваивает" входной поток, с одной стороны направляя его на стандартный вывод, а с другой — в файл (имя которого вы должны задать). Легко видеть, что по своему действию команда tee аналогична оператору перенаправления 1>&file.

Возможности фильтров можно существенно расширить за счет использования регулярных выражений, позволяющих организовать, например, поиск по различным, зачастую очень сложным, шаблонам.

Процессы могут взаимодействовать друг с другом, только обмениваясь информацией. По объему передаваемой информации и степени возможного воздействия на поведение другого процесса все средства такого обмена можно разделить на три категории:

-Сигнальные. Передается минимальное количество информации – один бит, "да" или "нет". Используются, как правило, для извещения процесса о наступлении какого-либо события. Степень воздействия на поведение процесса, получившего информацию, минимальна. Все зависит от того, знает ли он, что означает полученный сигнал, надо ли на него реагировать и каким образом. Неправильная реакция на сигнал или его игнорирование могут привести к трагическим последствиям. Вспомним профессора Плейшнера из кинофильма "Семнадцать мгновений весны". Сигнал тревоги – цветочный горшок на подоконнике – был ему передан, но профессор проигнорировал его. И к чему это привело?

-Канальные. "Общение" процессов происходит через линии связи, предоставленные операционной системой, и напоминает общение людей по телефону, с помощью записок, писем или объявлений. Объем передаваемой информации в единицу времени ограничен пропускной способностью линий связи. С увеличением количества информации возрастает и возможность влияния на поведение другого процесса.

-Разделяемая память. Два или более процессов могут совместно использовать некоторую область адресного пространства. Созданием разделяемой памяти занимается операционная система (если, конечно, ее об этом попросят). "Общение" процессов напоминает совместное проживание студентов в одной комнате общежития. Возможность обмена информацией максимальна, как, впрочем, и влияние на поведение другого процесса, но требует повышенной осторожности (если вы переложили на другое место вещи вашего соседа по комнате, а часть из них еще и выбросили). Использование разделяемой памяти для передачи/получения информации осуществляется с помощью средств обычных языков программирования, в то время как сигнальным и канальным средствам коммуникации для этого необходимы специальные системные вызовы. Разделяемая память представляет собой наиболее быстрый способ взаимодействия процессов в одной вычислительной системе.

Дата добавления: 2014-12-07