UNIX 重定向>、2>&1 及内部实现

在crontab配置定时任务，经常会把程序输出重定向到文件或/dev/null，比如*/15 * * * * php /data0/log2db/logdbplan.php >/tmp/logdbplan.log 2>&1把程序日志和报错写到logdbplan.log文件，>/tmp/logdbplan.log是1>/tmp/logdbplan.log 简写形式，一直疑惑重定向怎么实现的？

0、1、2文件描述符含义

系统默认给程序打开三个文件描述符，分别为0、1、2，当然程序启动后可以选择关闭某些文件描述符，可以使用 lsof -a -p 进程pid -d0,1,2 查看具体信息

0和stdin ：标准输入
1和stdout：标准输出
2和stderr ：标准错误

>、>> 重定向

>是清空文件，然后写入。>>相当于追加模式。我们可以使用代码模拟一下

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]){   
    close(1); // 关闭标准输出
    close(2); //关闭标准错误

    // UXIN 从0开始寻找可以使用的文件描述符，第一个open将返回1这个文件描述符
    open("./out.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC ); 
    open("./err.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC );

    printf("标准输出---1\n");
    fprintf(stdout, "标准输出---2\n");
    write(1, "标准输出---3\n", strlen("标准输出---3\n"));

    fprintf(stderr, "标准错误---1\n");
    write(2, "标准错误---2\n", strlen("标准错误---2\n"));
    
    return 0;
}

在代码中我们先关闭标准输出和标准错误描述符，然后打开stdout和stderr描述符。程序编译执行结果如下：可以看到标准输出的三条日志写入了out.txt文件中，两条错误信息写入了err.txt文件，类似于 cmd 1>out.txt 2>err.txt执行程序，然而2>&1又是如何实现的呢？我们修改下程序，把标准输出赋值给标准错误描述符试一下，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]){
   
    close(1); // 关闭标准输出
    close(2); //关闭标准错误

    // UXIN 从0开始寻找可以使用的文件描述符，第一个open将返回1这个文件描述符
    int fd = open("./out.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC ); 
    // open("./err.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC );

    printf("标准输出---1\n");
    fprintf(stdout, "标准输出---2\n");
    write(1, "标准输出---3\n", strlen("标准输出---3\n"));

    // 把 标准输出 描述符，赋值给 标准错误 描述符
    stderr = stdout;
    fprintf(stderr, "标准错误---1\n");
    write(fd, "标准错误---2\n", strlen("标准错误---2\n"));
    return 0;
}

和上面代码基本一样，我们只是给stderr赋值，然后编译执行，执行结果如下：可以看出2条标准出错和3条标准输出都成功写入了out.txt文件，>/tmp/logdbplan.log 2>&1的重定向和这个程序类似，是把logdbplain.log的文件句柄给了标准输出，而2>&1的&表示取地址，标准出错引用标准输出的文件描述符，所以标准输出和标准出错信息，都写入了out.txt。

番外篇：文件IO

现在简单解释下为何两张截图中的结果并不是代码写入的顺序，一切都是系统优化的锅。printf和fprintf是把数据拷贝到标准库（这里的C库）的缓存区然后返回，操作的是用户进程空间的缓存。待某个时刻调用write拷贝到内核缓存，最终写到磁盘上。printf和fprintf合并用户多次写，减少写盘次数，提高性能。

write是异步把数据拷贝到内核的page cache，会有内核态与用户态的切换。内核拿到数据后并不会直接写到磁盘上，会有IO调度系统决定，当然也可以设置write同步写到磁盘，在open时设置O_SYNC标志，会强制刷新内核缓冲区到磁盘文件。

IO调度系统也是合并多次写，并把写事件排序，尽量按照磁盘选择方向和磁头前进方向排序，把多次随机写，优化成顺序写，因为磁头旋转寻址很慢，而读写相对很快。当然如果是SSD硬盘，没必要排序，只需要合并写事件减少写盘次数