Разработка приложений в среде Linux. Второе издание
вернуться

Троан Эрик В.
Шрифт:

Операционная система Linux предоставляет два метода блокирования файлов: блокировочные файлы и блокирование записей.

13.3.1. Блокировочные файлы

Блокировочные файлы являются наиболее простым методом блокирования. Каждый нуждающийся в блокировании файл данных ассоциируется с блокировочным файлом. Когда блокировочный файл существует, файл данных считается заблокированным, и другие процессы не имеют к нему доступа. Когда блокировочный файл не существует, процесс создает его и затем получает доступ к файлу данных. До тех пор, пока процедура создания блокировочного файла атомарна (только один процесс за раз может "владеть" блокировочным файлом), этот метод гарантирует доступ к файлу со стороны только одного процесса в каждый момент времени.

Идея довольно проста. Когда процесс намеревается получить доступ к файлу, он блокирует файл следующим образом.

fd = open("somefile.lck", O_RDONLY, 0644);

if (fd >= 0) {

 close(fd);

 printf("файл уже заблокирован");

 return 1;

} else {

 /* блокировочный файл не существует, мы можем заблокировать его

и получить доступ */

 fd = open("somefile.lck", O_CREAT | O_WRONLY, 0644");

 if (fd < 0) {

perror("ошибка при создании блокировочного файла");

return 1;

 }

 /* можем записать pid в файл */

 close(fd);

}

Когда процесс заканчивает обработку файла, он вызывает

unlink("somefile.lck")
для снятия блокировки.

Несмотря на то что показанный выше фрагмент кода выглядит корректным, он позволяет при некоторых обстоятельствах нескольким процессам блокировать один файл, а именно этого и следует избегать в блокировании. Если процесс проверяет существование блокировочного файла, убеждается в том, что блокировочный файл не существует, и прерывается ядром, чтобы позволить выполняться прочим процессам, то какой-то другой процесс сможет заблокировать файл до того, как исходный процесс создаст блокировочный файл. Флаг

O_EXCL
для
open
может сделать создание блокировочного файла атомарным и, следовательно, защищенным от условия состязаний. После установки
O_EXCL
вызов
open
завершается неудачей, если файл уже существует. Это упрощает создание блокировочных файлов, которое происходит так, как показано ниже.

fd = open("somefile.lck", O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 0644);

if (fd < 0 && errno == EEXIST) {

 printf("файл уже заблокирован");

 return 1;

} else if (fd < 0) {

 perror("непредвиденная ошибка при проверке блокировки");

 return 1;

}

/* можем записать pid в файл */

close(fd);

Блокировочные файлы используются для блокирования широкого ряда стандартных файлов Linux, включая последовательные порты и файл

/etc/passwd
. Хотя они хорошо работают со многими приложениями, им присущи и несколько серьезных недостатков.

• Только один процесс за один раз может иметь блокировку, предотвращая одновременное чтение файла несколькими процессами. Если файл обновляется атомарно [88] , то процессы, читающие файл, могут проигнорировать вопросы блокирования, но атомарные обновления сложно поддерживать для сложных файловых структур.

• Флаг

O_EXCL
надежен только в локальных файловых системах. Ни одна из сетевых файловых систем, поддерживаемых Linux, не сохраняет семантику
O_EXCL
между несколькими машинами, блокирующими общий файл [89] .

88

Файл

/etc/passwd
обновляется только процессами, создающими новую копию файла с модификациями и затем заменяющими оригинал с помощью системного вызова
rename
. Поскольку такая последовательность является атомарной, процессы могут считывать из
etc/passwd
в любое время.

89

Файловая система Andrew Filesystem (AFS), доступная в Linux, но не включенная в стандартное ядро, поддерживает

O_EXCL
во всей сети.

• Блокирование является только рекомендательным; процессы могут обновить файл, несмотря на существование блокировки.

• Если процесс, удерживающий блокировку, аварийно завершается, блокировочный файл остается. Если идентификатор блокирующего процесса сохранен в блокировочном файле, другие процессы могут проверить существование блокирующего процесса и снять блокировку, если тот завершился. Это, однако, сложная процедура, которая не поможет, если идентификатор процесса повторно используется другим процессом при проверке.

13.3.2. Блокировка записей

С целью преодоления проблем, присущих блокировочным файлам, в System V и BSD 4.3 была добавлена блокировка записей, реализуемая с помощью системных вызовов

lockf
и
flock
соответственно. Стандарт POSIX определил третий механизм для блокировки записей, который использует системный вызов
fcntl
. Хотя Linux поддерживает все три интерфейса, мы обсудим только интерфейс POSIX, поскольку сейчас его поддерживают почти все платформы Unix. Кроме того, функция
lockf
реализована как интерфейс для
fcntl
, поэтому оставшаяся часть данного обсуждения касается обоих методов.

Существуют два значительных отличия между блокировками записей и блокировочными файлами. Во-первых, блокировки записей применяются к произвольной части файла. Например, процесс А может заблокировать байты с 50-го по 200-й файла, в то время как другой процесс блокирует байты с 2500-го по 3000-й без конфликта двух блокировок. Мелкомодульное блокирование полезно, когда нескольким процессам необходимо обновить один файл. Еще одно преимущество блокирования записей заключается в том, что блокировки удерживаются в ядре, а не в файловой системе. По окончании процесса все блокировки, которые он содержит, освобождаются.