この記事の狙い
Bash の入出力（リダイレクト・パイプ）とプロセス制御（サブシェル・並列実行）の基本を、安全運用の観点で設計指針に落とし込みます。
「どこへ出すか」「どこから読むか」「どの文脈で実行するか」を明示し、副作用とスコープを可視化します。
前提と対象
Bash 4+（set -Eeuo pipefail 推奨）。GNU/BSD 差異は最小限に留め、POSIX 準拠に寄せつつ Bash 拡張も使用します。
TL;DR（最小実装・コピペ可）
#!/usr/bin/env bash
set -Eeuo pipefail
# 1) リダイレクトは「先にファイルを開く」→コマンド実行
out="/tmp/out.txt"
exec 3>"$out" # FD3 を出力用に開く
printf 'hello\n' >&3 # FD3 に出力
exec 3>&- # FD3 を閉じる
# 2) パイプは "set -o pipefail" 前提でエラー検知
set -o pipefail
grep -E '^[0-9]+$' input.txt | awk '{s+=$1} END{print s}'
# 3) サブシェルは ( ... )：カレントディレクトリ等の副作用を隔離
( cd dir && make ) # 親の CWD は変わらない
# 4) プロセス置換で「パイプのサブシェル落とし穴」回避
mapfile -t lines < <(cmd_that_outputs_lines)
# 5) 並列は xargs -P／&+wait：出力先は衝突させない
printf '%s\n' a b c | xargs -n1 -P4 ./worker.sh
設計の要点（原則）
- ファイルを先に開く：
cmd >"$out"を散在させず、exec 3>"$out"で一度だけ開くと安全 - stdout=結果 / stderr=ログ：パイプの下流へ混入させない
- pipefail を有効：途中段の失敗を検知
- サブシェルで副作用を閉じ込める：
( cd dir; ... )／必要がなければ使わない - プロセス置換
< <(...)> >(…)：変数を上位スコープに残したい場合に有効 - 並列は出力・一時ファイルの衝突回避を先に設計
リダイレクトの基礎
標準ストリーム
> file… stdout をファイルへ2> file… stderr をファイルへ&>… stdout+stderr を同じ先へ（Bash 拡張）>>… 追記
結果は stdout、メッセージは stderr の原則を徹底します。
printf '%s\n' "$result" >"$out"
printf 'WARN: %s\n' "$msg" >&2
FD（ファイル記述子）を明示する
複数の出力先がある時は FD を割り当て、一箇所で開いて一箇所で閉じる。
exec 3>"/tmp/report.txt" # 3を出力FDとして
gen_report >&3
exec 3>&- # 閉じる
入力を安全に開く
exec 4<"/etc/hosts"
while IFS= read -r line <&4; do
printf '%s\n' "$line"
done
exec 4<&-
パイプラインとエラー検知
pipefail
デフォルトでは、パイプラインの最後のコマンドの終了コードだけが返ります。途中で失敗しても気づけません。set -o pipefail で「どれかが失敗したら失敗」に。
set -o pipefail
gzip -dc big.gz | awk '{...}' | sponge out.txt # 途中の失敗も検知
stderr を混ぜない
ログを stdout に混ぜると、下流のパースが壊れます。
ログは必ず >&2 に出し、必要なら 2>log に退避。
cmd_that_logs 2>cmd.log | awk '{...}'
明示的に中間結果を残すか判断する
可読性・デバッグ性が必要なら TMP を使う方が安全。
tmp="$(mktemp)"; trap 'rm -f "$tmp"' EXIT
grep -E 'pattern' in.txt >"$tmp"
awk -f transform.awk "$tmp" >out.txt
サブシェルとスコープ
サブシェル ( ... )
かっこで囲むと子プロセス。環境・変数・CWD の変更が親に影響しません。
( cd assets && make ) # 親の CWD は変わらない
利点：副作用の封じ込め。
注意：パイプも各段がサブシェルになります（変数が外へ残らない）。
カレントディレクトリの扱い
親を汚さない書き方：
( cd "$dir" && run_stuff )
# もしくはパスを常に明示して実行する
run_stuff "$dir/input" >"$dir/out"
プロセス置換と「パイプの落とし穴」回避
変数を上位に残したい：プロセス置換 < <(...)
パイプ cmd | while read ...; done はループがサブシェルになり、ループ内で更新した変数が外に残りません。
プロセス置換なら親シェル側の whileで読めます。
count=0
while IFS= read -r _; do ((count++)); done < <(find . -type f)
echo "$count"
出力を別コマンドへ同時に流したい：> >(tee ...)
some_heavy_task > >(tee result.txt) 2> >(ts '[%H:%M:%S]' >&2)
tee は stdout をファイルと端末に複製できます。プロセス置換はBash拡張です。
並列実行とプロセス制御
xargs -P（手軽な並列）
printf '%s\n' a b c d | xargs -n1 -P4 ./worker.sh
-n1で 1 引数ずつ渡す- 出力が混ざるので出力先（ファイル）で衝突しない設計に
バックグラウンド実行 & + wait
jobs_pids=()
task A & jobs_pids+=($!)
task B & jobs_pids+=($!)
for p in "${jobs_pids[@]}"; do wait "$p"; done
wait の終了コードで個々の成否を判定可能。
if wait "$p"; then ...; else ...; fi
flock や一時ディレクトリで排他
並列時の競合を防ぐにはロックを設ける。
{
flock -n 9 || { echo "busy"; exit 0; }
critical_section
} 9>"/tmp/my.lock"
よくある I/O レシピ
1) 全出力をログに、結果だけをファイルに
{
echo "start" >&2
result="$(run)" # run は stdout へ結果を出す実装
printf '%s\n' "$result" >out.txt
echo "done" >&2
} 2>run.log
2) 1 つの入力を複数の消費者に
producer | tee >(consumer_a >a.out) >(consumer_b >b.out) >/dev/null
3) FD を使った多重出力（ログ+コンソール）
exec 3> >(tee logfile) # FD3 を tee に接続
log(){ printf '%s\n' "$*" >&3; }
log "hello"
失敗しやすい点（アンチパターン）
cmd | while read …; do count=$((count+1)); done; echo "$count"
→ 0 になる（サブシェル）。プロセス置換で回避。set -eだけでパイプエラーを拾えると誤解
→set -o pipefailが必要。- stdout にログ
→ パイプ下流が壊れる。ログは stderr。 - リダイレクトを散在
→ どこで開いたか分かりづらく、競合しやすい。FD で一箇所に集約。 - 並列で同じファイルに書く
→ 競合・破損。一時ファイルへ書いて最後に結合する。
“コピペ可”テストブロック（最小）
#!/usr/bin/env bash
set -Eeuo pipefail
set -o pipefail
TMP="$(mktemp -d)"; trap 'rm -rf "$TMP"' EXIT
# 1) pipefail 検証（途中失敗を検知）
( false | cat ) && { echo "pipefail NG"; exit 1; } || :
# 2) プロセス置換でカウントが残る
count=0
while IFS= read -r _; do ((count++)); done < <(printf 'a\nb\nc\n')
[[ $count -eq 3 ]] || { echo "proc-subst NG"; exit 1; }
# 3) FD で出力統一
exec 3>"$TMP/out"
printf 'X\n' >&3
exec 3>&-
[[ "$(cat "$TMP/out")" == "X" ]] || { echo "fd NG"; exit 1; }
echo "PASS"
運用メモ（実務）
- I/O 設計を先に決める（どのストリームへ、どのタイミングで）
- ログ粒度と回転を最初から決める（
stderr→journald/syslog/ファイル） - 一時ファイルは
mktemp＋trapで確実に掃除 - 大規模パイプラインは中間成果物を残すモードを用意（デバッグしやすい）
互換性と移植性
process substitutionと&>は Bash 拡張。POSIX sh では不可。tee,xargs,flockはプラットフォームによりオプション差あり（BSD 系flockは別パッケージのことがある）。- ポータビリティ重視なら
> file 2>errを基本に、拡張は条件付きで使用。
セキュリティと安全設計
- 外部入力を コマンド名やリダイレクト先に使わない（固定ディレクトリ＋検証）。
- ログへ機密値を出さない。必要ならマスク、もしくは別ストレージへ。
- 一時ファイルはパーミッションを意識（
umask 077、mktemp）。
パフォーマンスの勘所（短く）
- 不要な外部プロセス（小さな
sed/awk/cat連鎖）を削ると体感が大きく改善。 - 並列度は CPU/IO に合わせて
xargs -Pを調整。 - 大量 I/O はまとめ書き（FD を開きっぱなしで
printf）の方が速い。
