HOWTO zur Standard-Ein/Ausgabe in der Shell
(C) 2004-2025 T.Birnthaler/H.Gottschalk <howtos(at)ostc.de>
OSTC Open Source Training and Consulting GmbH
www.ostc.de
$Id: shell-stdio-HOWTO.txt,v 1.9 2025/02/23 20:14:55 tsbirn Exp $
Dieses Dokument beschreibt die Eigenschaften der Standard-Ein/Ausgabekanäle von
Linux-Kommandos/Prozessen und ihre Steuerung per Umlenkung und Pipen durch die
Shell.
1) Standard-Kanäle
2) Filter und Pipeline
3) Umlenkung (Redirection) und Pipen
3.1) Fehlermöglichkeiten
3.2) Beispiele für Dateiumlenkung
3.3) Beispiele für Pipes
3.4) Option "noclobber"
4) Here-Dokument
4b) Here-String
5) Linux-Filterprogramme
6) Große Beispiele
6.1) Worthäufigkeit ermitteln
6.2) Nicht in Wörterbuch enthaltene Worte ausgeben
Jedes Linux-Kommando bzw. jeder aus einem Linux-Kommando erzeugte Linux-Prozess
kennt 3 Standard-Kanäle zur Daten-Ein/Ausgabe, die von der Shell automatisch
beim Erzeugen des Prozesses angelegt werden (zum Lesen bzw. Schreiben geöffnete
Dateien):
+------------------+-------------+---+------------+--------------------------+
| Bezeichnung | Dateiname | N | Standard | Einsatzzweck |
+------------------+-------------+---+------------+--------------------------+
| Standard-Eingabe | /dev/stdin | 0 | Tastatur | Eingaben |
| Standard-Ausgabe | /dev/stdout | 1 | Bildschirm | Normale Ausgaben (Daten) |
| Fehlerkanal | /dev/stderr | 2 | Bildschirm | Fehlermeldungen |
+------------------+-------------+---+------------+--------------------------+
Grafisch:
CMD
stdin (0) +---------+ stdout (1)
----------->| Prozess |------------>
+---------+
|
v
stderr (2)
Diese 3 Kanäle sind standardmäßig wie angegeben mit der Tastatur oder dem
Bildschirm verbunden, können aber per Umlenkung oder Pipe beliebig mit anderen
Dateien oder Kommandos verbunden werden
Die Kommandos lesen dann nicht mehr von der Tastatur bzw. schreiben nicht mehr
auf den Bildschirm, sondern lesen/schreiben von/auf Datei bzw. von/an andere
Kommandos. sie bemerken die Umlenkung der Kanäle aber NICHT, da diese von der
Shell eingerichtet werden, BEVOR das Kommando überhaupt gestartet wird.
HINWEIS: Die Shell ist ebenfalls nur ein Kommando, das Eingaben von stdin liest
(Kommandos) und Ausgaben auf stdout/stderr schreibt (beim Login eingerichtet).
Die Ein/Ausgabekanäle eines Prozesses werden an seinen Kindprozess vererbt (in
Shell aufgerufenes Kommando), falls beim Aufruf keine Umlenkung und kein Pipen
erfolgt.
Programme, die Daten von der Standard-Eingabe lesen, sie filtern und
manipulieren und auf der Standard-Ausgabe wieder ausgeben, werden auch "FILTER"
genannt, weil sie wie ein "Kaffeefilter" arbeiten. Typische Filter sind z.B.
folgende Programme:
grep, sort, uniq, tail, head, cut, paste, split, wc, sed, awk, tee, tr, ...
Mit Hilfe der "Filter" und Pipes kann das "BAUSTEINPRINZIP" von Linux sehr
einfach realisiert werden: Mehrere über Pipes verbundene Kommandos ergeben ein
kombiniertes (komplexes) Filter, eine sogenannten "PIPELINE" (Filterkette,
Verarbeitungskette). Die Daten fließen vom 1. bis zum letzten Kommando durch
die gesamte Verarbeitungskette und werden dabei schrittweise verarbeitet.
CMD1 | CMD2 | ... | CMDn-1 | CMDn
Eventuell wird die Eingabe des 1. Kommandos von Datei gelesen und die Ausgabe
des letztes Kommandos auf Datei geschrieben:
CMD1 < INPUT | CMD2 | ... | CMDn-1 | CMDn > OUTPUT
Der Fehlerkanal jedes Kommandos wird dabei standardmäßig nicht umgelenkt. Die
Fehlermeldungen erscheinen also auf dem Terminal, sie werden nicht an das
nächste Kommando weitergeleitet:
CMD1 stdout (1) = stdin (0) CMD2
stdin (0) +----------+ .-.----------. +----------+ stdout (1)
----------->| Prozess1 |----(-> ) PIPE --)--->| Prozess2 |------------>
+----------+ `-´----------´ +----------+
| |
v v
stderr (2) stderr (2)
HINWEIS: Pipes haben eine relativ kleine Größe (4/8/16 KByte), liegen im
Speicher und SYNCHRONISIEREN über den Datenfluß damit verbundene Prozesse
(laufen parallel). Sie belegen keinen Plattenplatz und sind extrem schnell.
HINWEIS: Da Linux keine Binärdaten kennt, sondern fast alle Daten in
zeilenorientierten (ASCII)-Textdateien ablegt (Zeilen werden durch Newline "\n"
begrenzt), werden ZEILENORIENTIERTE TEXTE als Standard-Datenformat von fast
allen Linux-Kommandos gelesen und erzeugt.
Folgende Syntax zur Ein/Ausgabe-Umlenkung eines Kommandos CMD gibt es:
+------------------+---------------------------------------------------------+
| Syntax | Bedeutung |
+------------------+---------------------------------------------------------+
| CMD < FILE | stdin von Datei FILE lesen |
| CMD << EOF | stdin ist MEHRZEILIGER TEXT bis EOF (end-of-file) |
| ...TEXT... | beliebiger Text (Here-Dokument) |
| EOF | Text "EOF" von oben am Zeilenanfang! |
| CMD <<< TEXT | stdin ist String TEXT (Here-String) |
+------------------+---------------------------------------------------------+
| CMD > FILE | stdout auf Datei FILE schreiben (vorher löschen!) |
| CMD >> FILE | stdout an Datei FILE anhängen |
| CMD 2> FILE | stderr auf Datei FILE schreiben (vorher löschen!) |
| CMD 2>> FILE | stderr an Datei FILE anhängen |
+------------------+---------------------------------------------------------+
| CMD 1>&2 | stdin zu stderr hinzufügen (kombinieren) |
| CMD 2>&1 | stderr zu stdin hinzufügen (kombinieren) |
| CMD &> FILE | stdout+stderr auf Datei FILE schreiben (vorher leeren!) |
| | entspricht "> FILE 2>&1" oder "2> FILE 1>&2" |
| CMD >& FILE | stdout+stderr auf Datei FILE schreiben (analog) |
| CMD >>& FILE | stdout+stderr an Datei FILE anhängen (analog) |
+------------------+---------------------------------------------------------+
| CMD1 | CMD2 | stdout von CMD1 mit stdin von CMD2 verbinden |
| CMD1 2>&1 | CMD2 | stdout+stderr von CMD1 mit stdin von CMD2 verbinden |
| CMD1 |& CMD2 | stdout+stderr von CMD1 mit stdin von CMD2 verbinden |
+------------------+---------------------------------------------------------+
| CMD >| FILE | stdout auf Datei FILE schreiben (auch bei "noclobber"!) |
+------------------+---------------------------------------------------------+
HINWEIS:
* Eine Umlenkung verknüpft ein Kommando mit einer Datei.
Eine Pipe verknüpft zwei Kommandos miteinander.
* Nach dem Pipe-Symbol darf ein Zeilenumbruch erfolgen.
Nach den Umlenk-Symbolen darf KEIN Zeilenumbruch erfolgen.
* Eine Umlenkung darf irgendwo vor/im/hinter dem Kommando stehen
(üblich ist am Ende des Kommandos):
CMD OPT PARARM < FILE # OK (typische Schreibweise)
< FILE CMD OPT PARARM # OK (unüblich)
CMD OPT < FILE PARARM # OK (unüblich)
* Eine Pipe muss zwischen 2 Kommandos stehen (diese werden von ihr verknüpft):
CMD1 OPT1 PARAM1 | CMD2 OPT2 PARAM2 # OK (einzeilig)
CMD1 OPT2 PARAM1 | # OK (zweizeilig)
CMD2 OPT1 PARAM2 #
* Ohne Eingabe-Umlenkung (stdin) lesen nahezu alle Kommandos (Filter) die nach
dem Kommando angegebenen (Eingabe)Dateien automatisch ein:
CMD FILE...
* Ohne Angabe von Eingabe-Umlenkung, Pipe und Eingabe-Datei liest ein Kommando
automatisch von der Tastatur. Das Dateiende bei der manuellen Eingabe ist
durch "Strg/Ctrl-D" anzugeben.
* Der Name "-" als Dateiname steht für die Standard-Eingabe oder -Ausgabe:
CMD # Liest von Standard-Eingabe (Tastatur)
CMD - # Liest von Standard-Eingabe (Tastatur)
CMD /dev/stdin # Liest von Standard-Eingabe (Tastatur)
CMD < /dev/stdin # Liest von Standard-Eingabe (Tastatur)
* Die 3 Standard-Ein/Ausgabekanäle haben pro Prozess auch die festen Dateinamen
"/dev/stdin", "/dev/stdout" und "/dev/stderr".
CMD # Standardverhalten
CMD < /dev/stdin > /dev/stdout 2> /dev/stderr # Analog
* Der Name "/dev/null" kann als Ausgabe-Datei angegeben werden, falls Ausgaben
ignoriert (weggeworfen) werden sollen (verschluckt die Daten einfach):
CMD > /dev/null # Standard-Ausgabe wegwerfen
CMD 2> /dev/null # Standard-Fehlerausgabe wegwerfen
CMD > /dev/null 2> /dev/null # Beide Standard-Ausgaben wegwerfen
Wird häufig zum IGNORIEREN der Fehlermeldungen angewendet oder zum WEGWERFEN
der Ausgabe, falls nur der Exit-Status eines Kommandos relevant ist.
rm /tmp/FILE 2> /dev/null # Fehlermeldungen wegwerfen
if CMD > /dev/null 2> /dev/null # Nur Exit-Status relevant
then
...
fi
* Der Name "/dev/null" kann als (leere) Eingabe-Datei angegeben werden, falls
diese für ein CMD notwendig ist, aber das Lesen sofort beendet werden soll:
CMD < /dev/null
* Jedem Kanal ist per Umlenkung/Pipe nur EINE Quelle/Ziel zuordenbar:
grep "text" < datei1 datei2 # Fehler (zweideutig)
grep "text" < datei1 # OK (eindeutig)
grep "text" datei2 # OK (eindeutig)
cat /etc/passwd > datei | less # Fehler (zweideutig)
cat /etc/passwd > datei # OK (eindeutig)
cat /etc/passwd | less # OK (eindeutig)
* Ein Filter kann eine Datei entweder nur lesen ODER schreiben,
aber nicht beides gleichzeitig:
grep < datei > datei # Falsch ("datei" anschliessend leer)
grep < datei > datei2 # OK
* Eine Datei kann nur für EINE Umlenkung als Ziel verwendet werden:
grep > datei 2> datei # Falsch (Kanal 1 oder 2 gewinnt)
grep > datei 2> datei2 # OK (zwei verschiedene Dateien)
grep > datei 2>&1 # OK (eine Datei, Ausgabekanäle zusammenfügen)
grep 2> datei 1>&2 # OK (eine Datei, Ausgabekanäle zusammenfügen)
+---------------------+-----------------------------------------------------+
| Kommando | Beschreibung |
+---------------------+-----------------------------------------------------+
| cat | stdin auf stdout schreiben (Tastatur -> Bildschirm) |
| cat > FILE | stin auf FILE schreiben (vorher leeren!) |
| cat < FILE | stdin von FILE lesen |
| cat < FILE1 > FILE2 | FILE1 nach FILE2 kopieren |
| cat > FILE2 < FILE1 | Analog (d.h. Reihenfolge der Umlenkungen egal!) |
| cat < FILE > FILE | FEHLER (Datei FILE ist anschließend leer!) |
| cat >> FILE | stdout an FILE anhängen |
| cat < FILE >> FILE | FEHLER (Datei FILE wird beliebig lang!) |
| cat 2> FILE | stderr auf FILE schreiben |
| cat < xyz 2> error | Fehlermeldung "Datei xyz unbekannt" am Bildschirm |
| cat 2> error < xyz | Fehlermeldung "Datei xyz unbekannt" in "error" |
| less FILE | Datei FILE seitenweise anzeigen |
| cat < FILE | less | Analog (2 Prozesse) |
| cat FILE | less | Analog (2 Prozesse) |
+---------------------+-----------------------------------------------------+
HINWEIS: Nicht den "Useless use of cat award" versuchen zu gewinnen...
(CMD1 | cat | cat | cat | ... | cat | CMD2)
+------------------------------------+--------------------------------------+
| Kommando | Beschreibung |
+------------------------------------+--------------------------------------+
| ls -l /bin | sort | Datei nach Typ + Rechten sortieren |
| ls -l /bin | sort | less | ... + seitenweise anzeigen |
| ls -l /bin | sort | head | ... + die ersten 10 aufsteigend |
| ls -l /bin | head | sort | ... + 10 beliebige aufsteigend |
| ls -l /bin | sort | tail | ... + die letzten 10 aufsteigend |
| ls -l /bin | sort -r | head | ... + die letzten 10 absteigend |
| ls -l /bin | sort -r | head | sort | ... + die letzten 10 aufsteigend |
| ls -l /bin | sort | tail | ... + die letzten 10 aufsteigend |
| ls -l /bin | sort | tail | sort -r | ... + die letzten 10 absteigend |
| ls -l /bin | sort +4nr | Dateien nach Größe sortieren |
| ls -l /bin | sort +4nr | head | ... + die größten 10 absteigend |
| ls -l /bin | sort +4n | head | ... + die kleinsten 10 aufsteigend |
+------------------------------------+--------------------------------------+
Per Option "noclobber" (übersetzt "nicht zusammenschlagen") kann verhindert
werden, dass bereits existierende Dateien versehentlich per Dateiumlenkung
überschrieben werden:
set -o noclobber
Das Zurücksetzen der Option erfolgt mittels (+ = minus "durchgestrichen"):
set +o noclobber
Beispiel:
echo "aaa" > FILE # OK
echo "bbb" > FILE # OK (FILE wird überschrieben)
echo "ccc" >> FILE # OK (FILE wird verlängert)
set -o noclobber # Option "noclobber" setzen
echo "ddd" > FILE # Klappt NICHT (FILE wird nicht überschrieben)
echo "eee" >> FILE # OK (FILE wird verlängert)
echo "ddd" >| FILE # OK (FILE wird überschrieben - erzwungen!)
set +o noclobber # Option "noclobber" löschen
echo "fff" > FILE # OK (FILE wird überschrieben)
echo "ggg" >> FILE # OK (FILE wird verlängert)
Um Kommandoaufrufe und Daten in einem Skript gemeinsam pflegen zu können, ist
die Angabe von Daten zu einem Kommando direkt im Skript beim Kommandoaufruf als
sogenanntes "Here-Dokument" möglich. Das folgende Beispiel (EOF = "end of file")
sort << EOF
...Text...
...Text...
...Text...
EOF
übergibt dem sort-Kommando die Textzeilen zwischen den beiden "Begrenzern"
"EOF" zum Sortieren. Das Begrenzer-Wort "EOF" ist frei wählbar und muss als
Dokumentabschluss auf einer Zeile für sich alleine am Zeilenanfang stehen,
damit es erkannt wird.
Im Text werden Variablen- ($VAR) und Kommando-Substitutionen (`CMD...` bzw.
$(CMD...) durchgeführt. Gibt man VOR dem Begrenzer einen Backslash an oder
setzt ihn in "..." oder '...', dann finden diese Ersetzungen nicht statt:
sort << \EOF sort << "EOF" sort << 'EOF'
...Text... ...Text... ...Text...
...Text... ...Text... ...Text...
...Text... ...Text... ...Text...
EOF EOF EOF
Ein "-" nach dem "<<" erlaubt das Einrücken der Datenzeilen mit Tabulatoren,
diese Tabulatoren werden bei der Übergabe an das Kommando ignoriert:
sort <<- EOF
<TAB> Text...
<TAB> Text...
<TAB> Text...
EOF
HINWEIS: Probiert man diese Umlenkung interaktiv auf der Kommandozeile aus, so
gibt die Shell nach der 1. Zeile bis zum EOF den sogenannten
"Fortsetzungsprompt" ">" aus (definiert in Variable "PS2").
Die Weiterverarbeitung der Ergebnisdaten, die von einem Kommando (hier "sort)
aus Here-Dokument-Daten erstellt werden an ein weiteres Kommando (hier "uniq")
erfolgt folgendermaßen:
sort << EOF | uniq | ...
...Text...
...Text...
...Text...
EOF
Ein Here-String wird über die Standard-Eingabe an ein Kommando weitergegeben:
CMD <<< "Here String" # Kein neuer Prozess
echo "Here String" | CMD # Analog, aber neuer Prozess
Filterprogramme lesen ZEILENORIENTIERTE TEXTDATEN von der Standard-Eingabe,
verarbeiten sie gemäß den angegebenen Optionen und/oder Argumenten und geben die
bearbeiteten Daten auf der Standard-Ausgabe wieder aus. Durch Pipe-Symbole
können beliebig viele dieser Filter miteinander verbunden werden, um aus
einfachen Programmen eine leistungsfähige Verarbeitungskette ("Pipeline") zu
kombinierten, die ein bestimmtes Problem schrittweise löst.
VORGEHEN: Üblicherweise werden derartige Verarbeitungsketten schrittweise Stück
für Stück interaktiv in der Kommandozeile aufgebaut, indem immer wieder neue
Filter an die bisherige Verarbeitungskette (Pipeline) angefügt werden. Ist die
gewünschte Funktionalität erfolgreich realisiert, kann die Filterkette in einer
Datei abgespeichert werden, um sie in Zukunft als Shell-Skript aufrufen zu
können.
Standard-Filterprogramme (per Optionen änderbare feste Funktionalität):
+---------+--------------------------------------------------------------+
| Prog | Beschreibung |
+---------+--------------------------------------------------------------+
| cat | Hängt Dateien aneinander, kopiert Eingabe [concatenate] |
| comm | Vergleicht 2 Dateien binär [compare] |
| cmp | Vergleicht 2 Dateien binär [compare] |
| column | Datenzeilen nebeneinander in mehreren Spalten anordnen |
| colrm | Spalten entfernen [column remove] |
| cut | Schneidet Textspalten aus |
| diff | Vergleicht 2 Dateien und zeigt Unterschiede an [difference] |
| fmt | Formatiert Texte auf bestimmte Zeilenlänge um [format] |
| head | Zeigt erste N Zeilen an [Kopf] |
| hexdump | Gibt in Binärformat aus [hexadecimal dump] |
| join | Verknüpft 2 Dateien über ein Schlüsselfeld |
| less | Blättert seitenweise durch Daten (modern) |
| more | Blättert seitenweise durch Daten (veraltet) |
| most | Blättert seitenweise durch Daten (modern) |
| nl | Numeriert Zeilen durch [number line] |
| od | Gibt Zeichencodes aus [octal dump] |
| paste | Zeilen mehrerer Dateien horizontal zusammenfassen (spalten) |
| shuf | Zeilen in zufälliger Reihenfolge ausgeben [shuffle] |
| sort | Sortiert Zeilen alphabetisch oder numerisch |
| split | Zerlegt Dateien in Blöcke |
| tail | Zeigt letzte N Zeilen an [Schwanz] |
| tac | Dreht Zeilen-Reihenfolge herum (1. <-> letzte, "cat" invers) |
| tee | Dupliziert Datei [T-Stück] |
| tr | Übersetzt Zeichen in andere Zeichen [translate] |
| uniq | Läßt doppelt vorkommende Zeilen weg [unique] |
| wc | Zählt Zeichen, Worte und Zeilen [word count] |
+---------+--------------------------------------------------------------+
Programmierbare Filterprogramme (mit Regulären Ausdrücken):
+-------+-----------------------------------------------------------------+
| grep | Filtert Zeilen per Regex [global regular expression print] |
| egrep | Extended grep (erweiterte reguläre Ausdrücke) |
| fgrep | Fix grep (keine regulären Ausdrücke) |
| sed | Editiert Text mit angegebenen Kommandos [stream editor] |
| ed/ex | Editiert Textdatei mit angegebenen Kommandos [editor] |
+-------+-----------------------------------------------------------------+
Typische Linux-Skript-Sprachen zur Realisierung komplexer Filterprogramme:
+--------+----------------------------------------------+
| awk | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| perl | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| php | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| python | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| ruby | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| tcl/tk | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
| lua | Programmiersprache u.a. zur Textverarbeitung |
+--------+----------------------------------------------+
Die folgende "Pipeline" besteht aus 8 Kommandos und selektiert die 10 seltensten
Worte aus einer oder mehreren Textdatei(en):
cat FILE... | # Angegebenen Dateien aneinanderhängen
tr -c "A-Za-z" "\n" | # Nichtbst. in Newline "\n" umwandeln [complement]
tr "A-Z" "a-z" | # GROSS- in Kleinbuchstaben umwandeln
sed '/^ *$/d' | # Leerzeilen löschen
sort | # Worte sortieren
uniq -c | # Worthäufigkeiten ermitteln [count]
sort -n | # Nach Häufigkeit sortieren [numeric]
head # Die ersten 10 Worte anzeigen
# (auch sort -nr | tail)
Beschreibung: "cat" [concatenate] hängt die Dateien FILE... aneinander, "tr"
[translate] tauscht Buchstaben gegen andere Buchstaben aus ("\n" ist das
Zeichen "newline"), "sed" [stream editor] editiert den Text mit den angegebenen
Kommandos, "uniq" [unique] fasst gleiche Zeilen zusammen und zählt ihre
Häufigkeit, "sort" sortiert alphabetisch oder numerisch und "head" zeigt die
ersten 10 Zeilen an.
Durch Angabe folgender Optionen beim zweiten "sort" und bei "head" können die
10 häufigsten Worte oder eine andere Zahl als 10 Worte selektiert werden:
-r bei "sort": Sortiert absteigend --> häufigsten 10 Worte
-nNN bei "head": Zeigt NN Zeilen an (Standard: 10)
-nNN bei "tail": Zeigt NN Zeilen an (Standard: 10)
Die folgende "Pipeline" besteht aus 10 Kommandos und selektiert aus einer oder
mehreren Textdatei(en) die 10 Worte, die NICHT im (kleingeschriebenen und
alphabetisch sortierten) Wörterbuch DICT stehen (pro Zeile ein Wort).
cat FILE... | # Angegebenen Dateien aneinanderhängen
tr -c "A-Za-z" "\n" | # Nichtbst. in Newline "\n" umwandeln [complement]
tr "A-Z" "a-z" | # GROSS- in Kleinbuchstaben umwandeln
sed '/^ *$/d' | # Leerzeilen löschen
sort | # Worte sortieren
uniq | # Gleiche Worte zusammenfassen
diff - DICT | # Mit Wörterbuch DICT vergleichen ("-" = stdin)
grep "^<" | # Worte filtern, die nicht im Wörterbuch sind
sed "s/^< *//" | # Kennzeichen "<..." entfernen
less # Seitenweise blättern
Beschreibung: Siehe oben + "diff" vergleicht 2 Dateien und zeigt die
Unterschiede an, "grep" wählt zu einem Muster passende Zeilen aus, "less"
blättert seitenweise durch die Daten.