Linuxのファイルディスクリプタの扱いについて

Question

Linux初学者です。
プログラミングなども初心者なので、暖かい目で見ていただけると嬉しいです。

Linuxについて勉強している際、以下のような記述を見ました。

$ exec 9<>/dev/tty <&9 >&9

これはどうやら、execコマンドによってfd9番で端末を開き、標準入出力をこのfd9番と差し替えるという意味のようでした。

私は、端末のfd9番に標準入出力が流れ込むようなイメージをしていたのですが、これは正しいのでしょうか？

また、

exec 9<>/dev/tty

という部分について、
execは実行する、つまるところexecコマンドを実行したプロセスの子プロセスとして引数のものを実行する、/dev/ttyは端末を表していると解釈したのですが（この解釈が正しいかも少し不安です）、<>という箇所がよくわかりません。
一瞬、SQLなどで見られるような非等価演算子なのか・・・？と思いましたが、ここでは不適切に思えます。
これは一体どういう意味なのでしょうか？

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私からの質問をまとめさせて頂きますと、

exec 9<>/dev/tty <&9 >&9

という記述について
①端末のfd9に標準入出力が流れ込んでいくイメージであっているのか？
②execによって子プロセスとして引数のものを実行する、/dev/ttyは端末である、といった解釈は合っているのか？
③<>という記述は一体どういうことを表しているのか？
となります。

基礎なところでつまづいてしまっていますが、どなたかご教授いただけないでしょうか？

Answer 1

①端末のfd9に標準入出力が流れ込んでいくイメージであっているのか？

間違っています。端末にfd9とかはありません。ファイルディスクリプタはあくまでプロセスの物です。

②execによって子プロセスとして引数のものを実行する、

間違っています。リダイレクト記述のみのexecコマンドは、今のプロセス(bash)のファイルディスクリプタのオープン、クローズ、つなぎ替えだけを行います。

/dev/ttyは端末である、

合ってます。/dev/ttyは仮想的なデバイスで、「今まさに使っているこの端末」の事を意味します。
別々の端末で、/dev/ttyはそれぞれ別々の端末を指します。

③<>という記述は一体どういうことを表しているのか？

<>はリダイレクトの記号で、指定したファイル(/dev/tty)を読み書きモードでオープンすると言うことです。
9<>だと、9番ファイルディスクリプタでオープンします。9番がすでにオープンされていればその前にクローズしてからです。

exec 9<>/dev/tty <&9 >&9

は、「今まさに実行しているbashプロセス」のファイルディスクリプタについて、
(1) 9番がオープンされていればクローズ
(2) 9番で/dev/ttyを読み書きモードでオープン
(3) 0番(標準入力)をクローズ
(4) 9番を0番にコピー(標準入力が/dev/ttyになる)
(5) 1番(標準出力)をクローズ
(6) 9番を1番にコピー(標準出力が/dev/ttyになる)
です。

Comments

[Divided_by_Zero]

丁寧な回答ありがとうございます。
後学のために、いくつか質問させて頂けると嬉しいです。
①<>という表記は、リダイレクトということでなく、<>という表記で指定ファイルを読み書きモードで開くという解釈であっているのでしょうか？

②①に関連した質問ですが、読み書きモードということは、読み込みのみのモード、書き込みのみのモードも似たような表記で表現するのでしょうか？もしあるのでしたら教えていただけると幸いです。

③質問３の回答について、/dev/ttyを読み書きモードでオープンすると、initが起動し、bashが実行されるのでしょうか？

④自分の環境(Ubuntu 12.04.1 LTS i686)でコマンドを叩いて確認してみました。
hoge@piyo:~$ ps
PID TTY TIME CMD
14866 pts/3 00:00:00 bash
14981 pts/3 00:00:00 ps
hoge@piyo:~$ ls /proc/14866/fd/
0 1 2 255
hoge@piyo:~$ exec 9<>/dev/tty <&9 >&9
hoge@piyo:~$ ls /proc/14866/fd/
0 1 2 255 9
hoge@piyo:~$ pstree
init─┬─NetworkManager─┬─dhclient
│
・・・
├─gnome-terminal─┬─bash
　　　　　　　　　　　├─bash───pstree
pstreeの出力を見て、
/dev/ttyという、今コマンドを叩き込んでいるこの端末の上で（端末の上でってところでもうすでに理解が曖昧になっちゃってます）initプロセスが動き、その子プロセスであるgnome-terminalの子プロセスであるbash(なぜか２つある？）の子プロセスであるpstreeが動いていると解釈しました（合ってるのかな・・・？）。

pstreeより前に叩いたコマンドの出力を見ると、どうもbashプロセスが新たに9番のファイルディスクリプタを持ったように見えます。
なぜ、<>の引数は/dev/ttyなのにbashプロセスのファイルディスクリプタが増えたのでしょうか？（そう決められているのでしょうか？）

⑤９番を０番にコピー、１番にコピーというのは、標準入力、標準出力が/dev/ttyになるとありますが、０番のファイルディスクリプタを９番につなぐ、あるいは１番のファイルディスクリプタを９番につなぐという動作をしているのでしょうか？

１つの質問の中にいくつか疑問点が出てしまって申し訳ないのですが、可能であれば、ご回答いただけると嬉しいです。

[otn]

> ①<>という表記は、リダイレクトということでなく、<>という表記で指定ファイルを読み書きモードで開くという解釈であっているのでしょうか？

<>はリダイレクトの記号だと書いたのですが。読み書き用のリダイレクト記号なので、読み書きでオープンします。

> 読み込みのみのモード、書き込みのみのモードも似たような表記で表現するのでしょうか？

読み込みモードは、< で、書き込みモードは > です。

> ③質問３の回答について、/dev/ttyを読み書きモードでオープンすると、initが起動し、bashが実行されるのでしょうか？

initは関係ないです。initはOSの起動時に起動されて、ずっとそのまま居座るプロセスです。
/dev/ttyをオープンしたからと言って、新たに何かプロセスが起動することはないです。

> /dev/ttyという、今コマンドを叩き込んでいるこの端末の上で（端末の上でってところでもうすでに理解が曖昧になっちゃってます）initプロセスが動き、

上に書いた通り、initプロセスは端末とは関係ありません。OS起動時から終了まで居座るプロセスで、全部のプロセスの初代ご先祖様に当たります。

> その子プロセスであるgnome-terminalの子プロセスであるbash(なぜか２つある？）の子プロセスであるpstreeが動いていると解釈しました（合ってるのかな・・・？）。

これは合ってますね。bashが2つあるのはタブが2つ開いているからとか？

> pstreeより前に叩いたコマンドの出力を見ると、どうもbashプロセスが新たに9番のファイルディスクリプタを持ったように見えます。

これは合ってます。

> なぜ、<>の引数は/dev/ttyなのにbashプロセスのファイルディスクリプタが増えたのでしょうか？（そう決められているのでしょうか？）

bashでbashのファイルディスクリプタに対して、リダイレクトを行ったためです。リダイレクト先が、/dev/ttyというファイルだということ。

> ⑤９番を０番にコピー、１番にコピーというのは、標準入力、標準出力が/dev/ttyになるとありますが、０番のファイルディスクリプタを９番につなぐ、あるいは１番のファイルディスクリプタを９番につなぐという動作をしているのでしょうか？

そういう理解で、当たらずとも遠からずです。実際に行われているのは、「つなぐ」でなく「コピー」です。
繋ぐという言葉を使うと、9番に繋ぐのでなく、/dev/ttyのオープン状態に繋ぐ。
この後、もし9番をクローズしても、0番1番は/dev/ttyに繋がったままです。
コピーなので、9番をクローズして9番についての情報が消えても、同じ物が0番、1番に入っている。繋ぐという理解だと、9番をクローズすると、0番1番も使えなくなってしまうイメージを持ちませんか？

[Divided_by_Zero]

①
申し訳ありません。最初にリダイレクトについて習ったときに＜と＞のみしか習っていなかったので、＜＞という表記が、＜と＞が組み合わされて使われているものだと勘違いしてしまっていました・・・
よく調べてみたら、>や<、<>だけでなく>&、<&も全て一つのものなのですね
１文字区切りで見てしまっていたので混乱してしまいました。

③混乱してしまっていて申し訳ないです
そうでした・・・
そういえば、OS起動時にカーネルがする仕事の一つにinitプロセスを立ち上げるというものがありました。

端末を２つ起動していました・・・　恥ずかしい・・・

⑤
そうですね・・・　そこまで考えが回ってませんでした・・・
９番のファイルディスクリプタと同等のものを０番と１番にもコピーしてあげると考えるとすっきりします。

exec 9<> /dev/tty <&9 >&9を実行すると・・・
execコマンドによってファイルディスクリプタのオープン、つなぎかえを行うことをする
今まさに実行しているbashプロセスの
ファイルディスクリプタ９番に対し、/dev/ttyを読み書きモードでオープンする。
９番ファイルディスクリプタを０番にコピー
９番ファイルディスクリプタを９番にコピー

私が理解が浅いために長い質問に付き合わせてしまって申し訳ありません・・・
ようやくコマンドが実行されてどういうことが起こっているのかイメージできてきました。
本当にありがとうございます！
当然、ベストアンサーにさせていただきます。