Bash中重复重定向至同一文件的异常行为及原理问询

两种重定向的本质差异 #

• foo 1>a.txt 2>&1：先将stdout（文件描述符1）指向a.txt，再把stderr（文件描述符2）复制为stdout的文件描述符副本。此时两个描述符共享同一个文件表项，包括文件指针、打开模式等，所有写入操作都会顺着同一个指针位置追加，不会互相干扰。
• foo 1>a.txt 2>a.txt：独立两次打开同一文件，为stdout和stderr分别创建完全独立的文件描述符，各自维护自己的文件指针和文件表项，这就是异常的根源。

重定向的内部执行流程 #

Bash会按从左到右的顺序处理所有重定向操作，结合>的打开模式来分析：

1. 处理1>a.txt时，Bash以O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC模式打开文件——也就是清空文件原有内容，将stdout绑定到这个文件，此时stdout的文件指针停在文件开头。
2. 处理2>a.txt时，Bash再次以同样的截断模式打开a.txt，这一步会再次清空文件，然后将stderr绑定到这个文件，stderr的文件指针也停在文件开头。

当程序foo运行时，两个独立的文件指针会导致写入冲突：

• 假设程序先向stdout输出内容，这些内容会写到文件中，但stderr的指针仍停在开头；后续如果向stderr输出，会直接从文件开头写入，覆盖掉之前stdout的内容。
• 如果输出交替进行，两个指针各自移动，还可能出现文件空洞（即中间部分是空白），最终文件里只会保留最后写入的部分内容，或者出现混乱的重叠内容。

而1>a.txt 2>&1的流程则完全不同：

1. 第一步同样是打开a.txt并截断，绑定stdout。
2. 第二步是复制stdout的文件描述符给stderr，两者共享同一个文件表项和文件指针。不管是stdout还是stderr写入，都会从当前指针位置追加，所有内容会按输出顺序连续保存到文件中。

示例验证 #

假设foo是如下脚本：

#!/bin/bash
echo "stdout1"
echo "stderr1" >&2
echo "stdout2"

执行./foo 1>a.txt 2>a.txt后，a.txt的内容大概率是：

stderr1
stdout2

原因是第二次打开a.txt截断了文件，覆盖了stdout1，后续stdout2从stdout指针的位置（此时文件长度是stderr1的长度）追加写入，最终就丢失了stdout1。

而执行./foo 1>a.txt 2>&1，a.txt的内容会是：

stdout1
stderr1
stdout2

所有内容按输出顺序完整保留。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者naba