在 shell 中管理檔案描述符

linux shell 中可以使用 0 到 9 的 file descriptor 檔案描述符來控制程式的輸入與輸出，但一些使用並不好理解。例如重導向的順序不好理解，要將 fd 存在變數時得用到 eval，或要測試一個 fd 有無被佔用時，只能直接嘗試重導向檢查有無錯誤。

shell 中執行程式時，會讓程式繼承 shell 本身的標準輸入、輸出、錯誤輸出三個 fd。如執行腳本時，輸出可能被導向檔案，輸入被導向另一支程式等。另外，也可以在執行時手動指定導向的目標， fd 中 0 1 2 分別為標準輸入、輸出、錯誤輸出。

fd 重導向的順序

fd 的結構為一個陣列，不同的索引中的內容為指向不同輸出的指標。 shell 中使用 2>&1 來表示將原本輸出到 stdout 的導向 stderr，在對陣列的操作上，代表將原本在陣列位置 1 的指標拷貝到 2，與語法上的 2 1 順序看來是相反的。故程式向 2 寫入時，寫入的目標和向 1 寫入是相同的。

所以如果要同時導向 stdout stderr 到一檔案時，寫法是 find 1>find.log 2>&1 ，會先將 1 指向檔案，然後把 1 的檔案指標拷到 2，讓 2 也指向同一個檔案。如果寫成 find 2>&1 1>find.log ，就會變成 stderr 指到 stdout，但 stdout 指到檔案。

重導向的目標

重導向時，若是要導向到檔案，可以直接寫 1>filename ，若是要重導向到描述符，則必須在數字前加上 & 如 2>&1 ，防止與檔名混淆。但重導向的來源 fd，則是不必加 & 的。

同時，在使用 > 導向時，若是導向的來源為 stdout 1，則 1 可以省略不寫；使用 < 導向 stdin 時也是同樣可以省略 0。可能是因為這是最常見的用法，或者是用數字代表 fd 的寫法是後來才添加的功能。

exec 的用法

在 shell 中除了預設的 fd 0 1 2，還有 3 到 9 可以用，可以使用 exec 將 fd 對應到某一檔案。

exec 2>error.log
# following command stderr will send to error.log

exec 可以將操作 shell 自身的 fd 對應表格，前述在指令後重導向的作法，只對該指令有效，而 exec 則是改變 shell 自身的對應表格，對 exec 後執行的所有命令都有效。

若是要短暫重導向，可以預先將 stderr 備份到另一 fd，事後再回復。最後的 &- 則是關閉該 fd 的意思。

exec 3>&2 # backup stderr to 3
exec 2>error.log

# command send stderr to error.log

exec 2>&3 # recover stderr
exec 3>&- # close 3

或者也可以將命令寫在子 shell 中，再在子 shell 中重導向，子 shell 的重導向並不會影響父 shell 的狀態。

(
    exec 2>error.log
    # following command send stderr to error.log
)
# command still send stderr to stderr

又或者，既然已經開子 shell 了，那直接重導向子 shell 的輸出即可：

(
    # command send stderr to error.log
) 2>error.log

將 fd 存成變數

shell 內建的 fd 有 0-9 供取用，是一種暫存器概念的設計，基於 unix process 對 file descriptor 的抽像，幾乎全無包裝。雖然暫存器是十分古老且見常的設計，如 vi 也使用暫存器的概念，提供 26 個不同字母的暫存器作為剪貼簿使用，但在寫程式時，我們還是比較喜歡以變數的方式儲存開啟的檔案，再多疊一層抽像。

stderr=2
echo warning >&$stderr

在一般命令使用重導向時，可以直接將 fd 的數字存到變數內，並在 & 後面使用該變數。但若是要在 > 前面使用變數時，卻會出現問題，可能是 shell 的變數展開是在解析重導向的左值前進行的吧。所以要開檔時不能這樣寫：

log=3
exec $log>file.log

只能直接把變數寫死，或者是用 shell 的 eval 命令，可以在解析指令前多展開一次變數：

log_fd=3
log_path=my.log
eval "exec $log_fd>$log_path"

測試 fd 是否已開啟

把 fd 存成變數，最主要的目的是防止用到其它設定開到的 fd。 shell 沒有提供方法來判斷有哪些 fd，又指向哪些目標。一個做法是從 linux kernel 提供的 /proc/self/fd 來找，或者用 /proc/$$/fd ，或者 /dev/fd 。但這不是 shell 的功能，所以如果到沒提供 /proc 的系統就不管用了。

另一個做法是直接寫入該 fd 看看，如果 fd 不存在，就會報錯。但隨便寫垃圾到別人開的 fd 也不太對，所以我的想法是嘗試寫入一個空字串。

fd_test=3
printf '' >&$fd_test

除了 printf，當然也有很多指令是不輸出東西的，都可以拿來用，例如 echo -n 、 true 、 : 。或者用一個讀取 0 byte 的程式：

head -c 0 <&$fd_test

之後就可以寫出一個函數，可以用來測試該 fd 存不存在，因為如果 fd 不存在會報錯，所以可以再把 stderr 指到 /dev/null 。

fd_is_open() { 
    local fd=$1
    ( true 1>&$fd ) 2>/dev/null
}
fd_is_open 0
fd_is_open 1
fd_is_open 3

找出空的 fd

之後就可以更進一步，寫出一個函數來找空的 fd：

fd_first_free() {
    local fd
    if [ $# -gt 0 ]
    then fd=$1
    else fd=0
    fi

    while fd_is_open $fd
    do fd=$((fd+1))
    done

    echo $fd
}

找空的 fd 並開檔：

file=my.log
fd=`fd_first_free`
eval "exec $fd>$file"

echo start executing >&$fd