I/O (入出力) 管理＠Linuxカーネル¶
はじめに¶
本サイトにつきまして、以下をご認識のほど宜しくお願いいたします。
01. I/Oの意味合い¶
I/Oの意味合いの種類¶
I/Oは、文脈によって意味合いが異なる。
| 文脈 | 意味合い |
|---|---|
| シェルの場合 | 標準入力、標準出力、標準エラー出力 |
| ファイルシステムの場合 | ファイルへの読み書き |
| ストレージの場合 | ストレージへの読み書き |
| ネットワークの場合 | インバウンド通信、アウトバウンド通信 |
IOPS：I/O per second¶
ストレージへのI/O (数/毎秒) を表す。
I/O自体が文脈によって意味合いが異なるが、IOPSはストレージの文脈でしか使わない。
02. 標準入出力¶
stdin (標準入力)¶
▼ 標準入力とは¶
キーボードやプログラムからのコマンドに対して、データを入力するためのインターフェースのこと。
プロセスごとに存在する。
stdout (標準出力)¶
▼ 標準出力とは¶
エラー以外のデータをプログラムや外部デバイスに出力するためのインターフェースのこと。
プロセスごとに存在する。
▼ 標準出力に全て出力¶
コマンド処理の後に、『2>&1』を追加すると、標準エラー出力に対する出力を標準出力にリダイレクトすることにより、処理の全ての結果を標準出力に出力できるうになる。
＊例＊
$ echo "text" 2>&1
また、プロセスの標準出力は/proc/<プロセスID>/fdディレクトリのファイルディスクリプタ番号 (1番) で確認できる。プロセスIDはpsコマンドで事前に確認する。
＊例＊
PHP-FPMの稼働するアプリケーションの例
$ ps -aux
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.0 0.6 83736 25408 ? Ss 01:56 0:03 php-fpm: master process (/usr/local/etc/php-fpm.conf)
www-data 2739 3.6 0.7 247968 29296 ? Sl 13:24 1:36 php-fpm: pool www
www-data 2815 3.6 0.7 247968 29288 ? Sl 13:43 0:55 php-fpm: pool www
www-data 2902 3.6 0.7 247968 29304 ? Sl 14:05 0:07 php-fpm: pool www
root 2928 0.0 0.0 9732 3316 pts/0 R+ 14:08 0:00 ps -aux
# 標準出力を確認
$ cat /proc/1/fd/1
▼ 標準出力とファイルに出力¶
パイプラインでteeコマンドを繋ぐと、標準出力とファイルの両方に出力できる。
$ echo "text" | tee stdout.log
stderr (標準エラー出力)¶
▼ 標準エラー出力とは¶
コマンドからターミナルに対して、エラーデータを出力するためのインターフェースのこと。
プロセスごとに存在する。
▼ 標準エラー出力に全て出力¶
コマンド処理の後に、『1>&2 (または>&2)』を追加すると、標準出力に対する出力を標準エラー出力にリダイレクトする。
1は標準出力であり、2は標準エラー出力、を表す。
これにより、処理の全ての結果を標準エラー出力に出力できるうになる。
$ echo "text" 1>&2
# または
$ echo "text" >&2
また、プロセスの標準出力は/proc/<プロセスID>/fdディレクトリのファイルディスクリプタ番号【２番) で確認できる。プロセスIDはpsコマンドで事前に確認する。
＊例＊
PHP-FPMの稼働するアプリケーションの例
$ ps -aux
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.0 0.6 83736 25408 ? Ss 01:56 0:03 php-fpm: master process (/usr/local/etc/php-fpm.conf)
www-data 2739 3.6 0.7 247968 29296 ? Sl 13:24 1:36 php-fpm: pool www
www-data 2815 3.6 0.7 247968 29288 ? Sl 13:43 0:55 php-fpm: pool www
www-data 2902 3.6 0.7 247968 29304 ? Sl 14:05 0:07 php-fpm: pool www
root 2928 0.0 0.0 9732 3316 pts/0 R+ 14:08 0:00 ps -aux
# 標準エラー出力を確認
$ cat /proc/1/fd/2
02-02. リダイレクト¶
リダイレクトとは¶
『<、>』『<<、>>』の記号のこと。ファイルの内容を特定のプロセスの標準入力に転送する。
あるいは反対に、特定のプロセスの標準出力/標準エラー出力をファイルに転送する。
プロセスの標準入力に対する転送は、多くの場合にユーティリティのパラメーターにファイルを渡すことと同じである。
標準入力に対するリダイレクト例¶
▼ catプロセスに対するリダイレクト¶
catプロセスの標準入力にstdin.txtファイルの内容をリダイレクトする。
catコマンドにファイルを渡すことと同じである。
$ cat < stdin.txt
Hello World
ファイルに対するリダイレクト例¶
▼ 2>¶
リダイレクト前にstdout.txtファイルを新しく作成し、echoコマンドの標準出力をこれにリダイレクトする。
$ echo 'Hello World' 2> stdout.txt
▼ >|¶
リダイレクト前にstdout.txtファイルを新しく作成し、echoコマンドの標準出力をこれにリダイレクトする。
また、すでにファイルが存在している場合は、ファイルを上書き (再作成) する。
$ echo 'Hello World' >| stdout.txt
▼ >>¶
echoコマンドの標準出力を既存のstdout.txtファイルにリダイレクトし、加えて追記する。
$ echo 'Hello World' >> stdout.txt
02-03. パイプライン¶
パイプラインとは¶
『|』の縦棒記号のこと。特定のプロセスの標準出力/標準エラー出力を他のプロセスの標準入力に繋げる。
シェルは、プロセスの処理結果をパイプラインに出力する。
その後、パイプラインから出力内容をそのまま受け取り、別のプロセスに再び入力する。
標準入力に対する入力例¶
▼ awkプロセスに対する入力¶
コマンドの出力結果に対して、awkコマンドを実行する。
＊例＊
検索で取得されたファイルのサイズを合計する。
$ find ./* -name "*.js" -type f -printf "%s\n" \
| awk "{ sum += $1; } END { print sum; }"
$ find ./* -name "*.css" -type f -printf "%s\n" \
| awk "{ sum += $1; } END { print sum; }"
$ find ./* -name "*.png" -type f -printf "%s\n" \
| awk "{ sum += $1; } END { print sum; }"
＊例＊
パケットのうちで、443番ポートに送信しているもののみを取得し、出力結果の３列目のみをフィルタリングする。
$ tcpdump dst port 443 \
| awk -F ' ' '{print $3}'
*.*.*.*
*.*.*.*
...
▼ echoコマンドに対する入力¶
終了ステータスをechoコマンドに渡し、値を出力する。
$ <任意のコマンド> | echo $?
▼ grepプロセスに対する入力
コマンドの出力結果をgrepコマンドに渡し、フィルタリングを実行する。
＊例＊
検索されたファイル内で、加えて文字列を検索する。
$ find ./* \
-type f | xargs grep "<検索文字>"
▼ killプロセスに対する入力¶
コマンドの出力結果に対して、killコマンドを実行する。
＊例＊
フィルタリングされたプロセスを削除する。
$ sudo pgrep \
-f <コマンド名> | sudo xargs kill -9
▼ lessプロセスに対する入力¶
コマンドの出力情報をページングして取得する。
ファイルの行数が多い場合に役立つ。
| キー | 説明 |
|---|---|
Enter |
１行送り |
Space |
一ページ送り |
Ctrl + f |
一ページ送り |
Ctrl + b |
一ページ戻り |
/文字列 |
以降の文字を検索し、ハイライトする。 |
＊例＊
巨大な.yamlファイルをページングして出力する。
$ cat foo.yaml | less
▼ sortプロセスに対する入力¶
コマンドの出力結果に対して、並び順を変更する。
＊例＊
表示された環境変数をAZ昇順に並び替える。
$ printenv | sort -f
＊例＊
表示された表を重複を削除して (uniqと同じ) AZ昇順に並び替える。
$ cat table.txt | sort -f -u
▼ uniqプロセスに対する入力¶
コマンドの出力結果に関して、行が重複する場合は1個だけ残して削除する。
隣り合っている重複しか削除できないため、あらかじめsortコマンドを実行しておく必要がある。
$ tcpdump dst port 443 \
| awk -F ' ' '{print $3}' >> source_ips.txt
# 必ずsortの結果を渡す
$ cat source_ips.txt \
| sort | uniq
03. 印刷デバイスへのデータ出力¶
アプリケーションから印刷デバイスへデータを出力する時、まず、CPUはスプーラにデータを出力する。
Spoolerは、全てのデータをまとめて出力するのではなく、一時的にストレージ (Spool) にためておく。
その後、少しずつ印刷デバイスにデータを出力 (Spooling) し、印刷デバイスにデータを印刷させる。
