Linux学习笔记——进程间的通信-文件和文件锁
来源:互联网 发布:linux 删除文件夹指令 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 22:01
IPC(Inter-Process Communication,进程间通信)
系统对文件本身存在缓存机制,使用文件进行IPC的效率在某些多读少写的情况下并不低下
1.竞争条件(racing)
并发100个进程,约定好一个内容初值为0的文件,每一个进程打开文件读出数字,并且加一写回:
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>//提供write(),read(),lseek()函数及相关参数定义#include <errno.h>#include <fcntl.h>//提供open()函数及相关参数定义#include <string.h>#include <sys/file.h>#include <wait.h>#define COUNT 100#define NUM 64#define FILEPATH "./count"//文件的路径int do_child(const char *path)//子进程执行函数{ int fd,ret,count; char buf[NUM]; fd = open(path,O_RDWR); //成功返回0值,不成功返回-1,可读可写的方式打开path路径的文件 if (fd<0)//若打开失败,打印返回的错误 { perror("open()"); exit(1);//异常退出 } ret=read(fd,buf,NUM);//成功返回读取字节数,错误返回-1 if(ret<0) { perror("read()"); exit(1); } buf[ret] = "\0"; count=atoi(buf);//字符串转换成整型数,如果第一个非空格字符不存在或者不是数字也不是正负号则返回零,否则开始做类型转换,之后检测到非数字(包括结束符 \0) 字符时停止转换,返回整型数 ++count; sprintf(buf,"%d",count);//将整型变量count打印成字符串输出到buf中 lseek(fd,0,SEEK_SET);//将读写位置移到文件开头 ret= write(fd,buf,strlen(buf));//将buf写进文件中 close(fd); exit(0);//正常退出}int main(){ pid_t pid;//pid_t实际上就是int,在/sys/types.h中定义 int count; for(count=0;count<COUNT;count++) { pid=fork();//创建一个子进程进程,在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;在子进程中,fork返回0;如果出现错误,fork返回一个负值; if(pid<0) { perror("fork()"); exit(1); } if(pid==0) { do_child(FILEPATH);//创建出来的那个新进程执行任务 } } for(count=0;count<COUNT;count++) wait(NULL);//等待所有进程退出 }
运行情况:
zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ echo 0 > countzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count0zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./racingzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count35zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ echo 0 > countzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./racingzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count46zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ echo 0 > countzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./racingzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count57zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$
理想状态下,文件最后的数字应该是100,因为有100个进程进行了读数,加一,写回操作,实际上每次执行的情况都不一样,都没有达到预期理想结果,造成这一现象的原因是————竞争条件
最开始文件内容是0,假设此时同时打开了多个进程,多个进程同时打开了内容为0的文件,每个进程读到的数都是0,都给0加1并且写1回到文件。每次100个进程执行顺序可能不一样,每次结果也可能不一样,但一定少于产生的实际进程数。
把多个执行过程(进程或线程)中访问同一个共享资源,而这些共享资源又无法被多个执行过程存取的程序片段,叫做临界区代码。
通过对临界区代码加锁,解决竞争条件问题:
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>//提供write(),read(),lseek()函数及相关参数定义#include <errno.h>#include <fcntl.h>//提供open(),close()函数及相关参数定义#include <string.h>#include <sys/file.h>//提供flock()函数及相关参数定义#include <wait.h>#define COUNT 100#define NUM 64#define FILEPATH "./count"//文件的路径int do_child(const char *path)//子进程执行函数{ int fd,ret,count; char buf[NUM]; fd = open(path,O_RDWR); //成功返回0值,不成功返回-1,可读可写的方式打开path路径的文件 if (fd<0)//若打开失败,打印返回的错误 { perror("open()"); exit(1);//异常退出 } ret=flock(fd,LOCK_EX);//LOCK_EX 建立互斥锁定;返回0表示成功,若有错误则返回-1,错误代码存于errno if(ret==-1) { perror("flock()"); exit(1); } ret=read(fd,buf,NUM);//成功返回读取字节数,错误返回-1 if(ret<0) { perror("read()"); exit(1); } buf[ret] = "\0"; count=atoi(buf);//字符串转换成整型数,如果第一个非空格字符不存在或者不是数字也不是正负号则返回零,否则开始做类型转换,之后检测到非数字(包括结束符 \0) 字符时停止转换,返回整型数 ++count; sprintf(buf,"%d",count);//将整型变量count打印成字符串输出到buf中 lseek(fd,0,SEEK_SET);//将读写位置移到文件开头 ret= write(fd,buf,strlen(buf));//将buf写进文件中 ret=flock(fd,LOCK_UN);//解除锁定 if(ret==-1) { perror("flock()"); exit(1); } close(fd); exit(0);//正常退出}int main(){ pid_t pid;//pid_t实际上就是int,在/sys/types.h中定义 int count;: for(count=0;count<COUNT;count++) { pid=fork();//创建一个子进程进程,在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;在子进程中,fork返回0;如果出现错误,fork返回一个负值; if(pid<0) { perror("fork()"); exit(1); } if(pid==0) { do_child(FILEPATH);//创建出来的那个新进程执行任务 } } for(count=0;count<COUNT;count++) wait(NULL);//等待所有进程退出 }
执行情况:
zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ echo 0 > countzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count0zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./racingnzach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ cat count100zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$
2.flock和lockf
Linux的文件锁主要有两种:flock和lockf
flock只能对整个文件加锁;
lockf是fcntl系统调用的一个封装,实现了更细粒度的文件锁————记录锁,可以对文件的部分字节上锁;
flock的语义是针对文件的锁;
lockf是针对文件描述符(fd)的锁
:
文件锁程序:
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/file.h>#include <wait.h>#define PATH "./lock"int main(){ int fd; pid_t pid; fd=open(PATH,O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);//O_TRUNC:若文件存在并且以可写的方式打开时,此旗标会令文件的长度清0,存于文件的资料消失 if (fd<0) { perror("open()"); exit(1); } if(flock(fd,LOCK_EX)<0)//使用flock对其加互斥,或者if(lockf(fd,F_LOCK,0)<0)使用lockf对其加互斥锁 { perror("flock()"); exit(1); } printf("%d: locked!\n",getpid());//打印表示加锁成功 pid=fork(); if(pid<0) { perror("fork()"); exit(1); } if(pid == 0) { fd=open(PATH,O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644); if(fd<0) { perror("open()"); exit(1); } if(flock(fd,LOCK_EX)<0)//在子进程中使用flock对同一个文件加互斥锁 { perror("flock()"); exit(1); } printf("%d: locked!\n",getpid());//打印加锁成功 exit(0); } wait(NULL); unlink(PATH);//删除指定文件 exit(0);}
运行情况:
zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./flock3544: locked!
子进程flock/lockf的时候阻塞
两种锁之间互不影响,比如以下例子
#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/file.h>#include <fcntl.h>#define PATH "./lock"int main(){ int fd; pid_t pid; if(open("PATH",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644)<0) { perror("open()"); exit(1); } if(flock(fd, LOCK_EX)<0) { perror("flock()"); exit(1); } printf("%d: Locked with flock\n",getpid()); if(lockf(fd, F_LOCK, 0)<0) { perror("lockf()"); exit(1); } printf("%d: Locked with lockf\n", getpid()); exit(0);}
执行情况如下:
zach@zach-i16:~/文档/note/Linux/进程通信/2.文件和文件锁$ ./lockf_and_flock4162: Locked with flock4162: Locked with lockf
3.标准IO库文件锁
#include <stdio.h>void flockfile(FILE *filehandle);int ftrylockfile(FILE *filehandle);void funlockfile(FILE *filehandle);
stdio库中实现的文件锁与flock或lockf有本质区别,标准IO的锁在多进程环境中使用是有问题的.
件锁只能处理一个进程中的多个线程之间共享的FILE 的进行文件操作.
多个线程必须同时操作一个用fopen打开的FILE 变量,如果内部自己使用fopen重新打开文件,那么返回的FILE *地址不同,起不到线程的互斥作用
4.小结
本次Linux进程间通信的学习是基于以下文章和书籍
穷佐罗的Linux书-Linux的进程间通信-文件和文件锁
《UNIX环境高级编程》
linux中fcntl()、lockf、flock的区别
- Linux学习笔记——进程间的通信-文件和文件锁
- Linux的进程间通信-文件和文件锁
- Linux进程间通信中的文件和文件锁
- Linux进程间通信中的文件和文件锁
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