Основы программирования в Linux

Мэтью Нейл

Все блокировки файла, установленные программой, автоматически очищаются, когда закрывается соответствующий дескриптор файла. То же самое происходит, когда программа завершается.

Применение вызовов read и write при наличии блокировки

Когда вы применяете блокировку участков файла, очень важно использовать для доступа к данным низкоуровневые вызовы

read

и

write

вместо высокоуровневых функций

fread

и

fwrite

. Это

необходимо, поскольку функции

fread

и

fwrite

выполняют внутри библиотеки буферизацию читаемых или записываемых данных, так что при выполнений вызова

fread

для считывания 100 байтов из файла может быть (и на самом деле почти наверняка будет), считано более 100 байтов, и дополнительные данные помещаются во внутрибиблиотечный буфер. Если программа применит функцию

fread

для считывания следующих 100 байтов, она на самом деле считает данные из буфера и не разрешит низкоуровневому вызову

read

извлечь больше данных из файла.

Для того чтобы понять, в чем тут проблема, рассмотрим две программы, которые хотят обновить один и тот же файл. Предположим, что файл содержит 200 байтов данных, все нули. Первая программа начинает работу и устанавливает блокировку на запись для первых 100 байтов файла. Затем она применяет функцию

fread

для считывания этих 100 байтов. Однако, как было показано в одной из предшествующих глав,

fread

будет каждый раз считывать больше, до

BUFSIZ

байтов, поэтому она на самом деле считает в память целиком весь файл, но программе вернет только первые 100 байтов.

Затем стартует вторая программа. Она устанавливает блокировку

write

на вторые 100 байтов файла. Это действие завершится успешно, поскольку первая программа заблокировала только первые 100 байтов. Вторая программа записывает двойки в байты с 100-го по 199-й, закрывает файл, снимает блокировку и завершается. В это время первая программа блокирует вторые 100 байтов файла и вызывает функцию

fread

для их считывания. Поскольку эти данные были уже занесены библиотекой в буфер, программа увидит 100 байтов нулей, а не 100 двоек, которые на самом деле хранятся в файле на жестком диске. Подобной проблемы не возникает, если вы применяете вызовы

read

и

write

.

Приведенное описание блокировки файла может показаться сложноватым, но ее труднее описать, чем применить. Поэтому выполните упражнение 7.9.

Упражнение 7.9. Блокировка файла с помощью вызова

fcntl

Давайте рассмотрим пример работы блокировки файла в программе lock3.с. Для опробования блокировки вам понадобятся две программы: одна для установки блокировки и другая для ее тестирования. Первая программа выполняет блокировку.

1. Начните с файлов

include

и объявлений переменных:

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

const char *test_file = "/tmp/test_lock";

int main {

 int file desc;

 int byte_count;

 char *byte_to_write = "A";

 struct flock region_1;

 struct flock region_2;

 int res;

2. Откройте

файловый дескриптор:

 file_desc = open(test_file, O_RDWR | O_CREAT, 0666);

 if (!file_desc) {

fprintf(stderr, "Unable to open %s for read/write\n", test_file);

exit(EXIT_FAILURE);

 }

3. Поместите данные в файл:

 for (byte_count = 0; byte_count < 100; byte_count++) {

(void)write(file_desc, byte_to_write, 1);

 }

4. Задайте разделяемую блокировку для участка region 1 с 10-го байта по 30-й:

 region_1.l_type = F_RDLCK;

 region_1.l_whence = SEEK_SET;

 region_1.l_start = 10;

 region_1.l_len = 20;

5. Задайте исключительную блокировку для участка region_2 с 40-го байта по 50-й:

 region_2.l_type = F_WRLCK;

 region_2.l_whence = SEEK_SET;

 region_2.l_start = 40;

 region_2.l_len = 10;

6. Теперь заблокируйте файл:

 printf("Process %d locking file\n", getpid);

 res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_1);

 if (res == -1) fprintf(stderr, "Failed to lock region 1\n");

 res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_2);

 if (res = fprintf(stderr, "Failed to lock region 2\n");

7. Подождите какое-то время:

 sleep(60);

 printf ("Process %d closing file\n", getpid);

 close(file_desc);

 exit(EXIT_SUCCESS);

}

Как это работает

Сначала программа создает файл, открывает его для чтения и записи и затем заполняет файл данными. Далее задаются два участка: первый с 10-го по 30-й байт для разделяемой блокировки и второй с 40-го по 50-й байт для исключительной блокировки. Затем программа выполняет вызов

fcntl

для установки блокировок на два участка файла и ждет в течение минуты, прежде чем закрыть файл и завершить работу.

На рис. 7.1 показан этот сценарий с блокировками в тот момент, когда программа переходит к ожиданию.

Рис. 7.1

Сама по себе эта программа не очень полезна. Вам нужна вторая программа lock4.c для тестирования блокировок (упражнение 7.10).

Упражнение 7.10. Тестирование блокировок файла

В этом примере вы напишете программу, проверяющую блокировки разных типов, установленные для различных участков файла.