8.3. Функция fcntl: блокировки и другие операции над файлами
Функция
fcntl
— это точка доступа к нескольким особым операциям над файлами. Первым аргументом функции является дескриптор файла, вторым указывается код операции. Для некоторых операций требуется также дополнительный, третий аргумент. В этом разделе описана наиболее распространенная операция, выполняемая с помощью функции
fcntl
: блокирование файлов.
Функция
fcntl
позволяет программе поставить на файл блокировку чтения иди записи. Это напоминает применение исключающих семафоров, которые описывались в главе 5, "Взаимодействие
процессов". Блокировка чтения ставится на файл, доступный для чтения. Соответственно блокировка записи ставится на файл, доступный для записи. Несколько процессов могут удерживать блокировку чтения одного и того же файла, но только одному процессу разрешено ставить блокировку записи. Файл не может быть одновременно заблокирован и для чтения, и для записи. Учтите, что наличие блокировки не мешает другим процессам открывать файл и осуществлять чтение/запись его данных, если только они сами не попытаются вызвать функцию
fcntl
.
Прежде чем ставить блокировку на файл, необходимо создать и обнулить структуру типа
flock
. В поле
l_type
должна быть записана константа
F_RDLCK
в случае блокировки чтения и константа
F_WRLCK
— в случае блокировки записи. Далее следует вызвать функцию
fcntl
, передав ей дескриптор файла, код операции
F_SETLCKW
и указатель на структуру типа
flock
. Если аналогичная блокировка уже была поставлена другим процессом, функция
fcntl
перейдет в режим ожидания, пока "мешающая" ей блокировка не будет снята.
В листинге 8.2 показана программа, которая открывает для записи указанный файл, а затем ставит на него блокировку записи. Программа ждет нажатия клавиши <Enter>, после чего снимает блокировку и закрывает файл.
Листинг 8.2. (lock-file.c) Установка блокировки записи с помощью функции
fcntl
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
char* file = argv[1];
int fd;
struct flock lock;
printf("opening %s\n", file);
/* Открытие файла. */
fd = open(file, O_WRONLY);
printf("locking\n");
/* инициализация структуры flock. */
memset(&lock, 0, sizeof(lock));
lock.l_type = F_WRLCK;
/* Установка блокировки записи. */
fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);
printf("locked; hit Enter to unlock... ");
/* Ожидание нажатия клавиши <Enter>. */
getchar;
printf("unlocking\n");
/* Снятие блокировки. */
lock.l_type = F_UNLCK;
fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);
close(fd);
return 0;
}
Скомпилируйте
программу и запустите ее с каким-нибудь тестовым файлом, скажем,
/tmp/test-file
:
% cc -o lock-file lock-file.с
% touch /tmp/test-file
% ./lock-file /tmp/test-file
opening /tmp/test-file
locking
locked; hit Enter to unlock...
Теперь откройте другое окно и вызовите программу еще раз с тем же файлом:
% ./lock-file /tmp/test-file
opening /tmp/test-file
locking
Пытаясь поставить блокировку на файл, программа сама окажется заблокированной. Вернитесь в первое окно и нажмите <Enter>:
unlocking
В результате программа, запущенная во втором окне, немедленно продолжит свою работу. Если необходимо, чтобы функция
fcntl
не переходила в режим ожидания в случае, когда блокировку поставить невозможно, задайте в качестве кода операции константу
F_SETLCK
, а не
F_SETLKW
. Если функция обнаружит, что запрашиваемый файл уже заблокирован, она немедленно вернет -1.
В Linux имеется системный вызов
flock
, также реализующий операцию блокирования файла. Но у функции
fcntl
есть большое преимущество: она работает с файловыми системами NFS [28] (при условии, что сервер NFS имеет относительно недавнюю версию и сконфигурирован правильно). Так что. имея доступ к двум компьютерам, которые монтируют одну и ту же файловую систему через NFS, можно повторить показанный выше пример на двух разных машинах.
28
NFS (Network File System) — популярная технология совместного использования файлов в сети.
8.4. Функции fsync и fdatasync: очистка дисковых буферов
В большинстве операционных систем при записи в файл данные не передаются на диск немедленно. Вместо этого операционная система помещает их в резидентный кэш-буфер с целью сокращения числа обращений к диску и повышения оперативности программы. Когда буфер заполнится или произойдет какое-нибудь другое событие (например, истечет определенный промежуток времени), система запишет содержимое буфера на диск в ходе одной непрерывной операции.
В Linux тоже поддерживается такой тип кэширования. Обычно он способствует существенному повышению производительности. Но он же делает ненадежными программы, зависящие от целостности дисковых данных. Если система внезапно выйдет из строя, например вследствие сбоя ядра или отключения питания, любые данные, находящиеся в памяти и еще не записанные на диск, будут потеряны.
Предположим, создается программа обработки транзакций, которая ведет журнальный файл. В этот файл помещаются записи обо всех транзакциях, завершившихся на данный момент, чтобы в случае системного сбоя можно было восстановить целостность данных. Очевидно, не менее важна и целостность самого журнального файла: как только транзакция завершена, запись о ней должна быть немедленно занесена в дисковый файл.