Основы программирования в Linux - Мэтью Нейл

Другие команды блокировок

Есть второй метод блокировки файлов — функция lockf. Она тоже действует, используя дескрипторы файлов.

У функции следующий прототип:

<b>#include &lt;unistd.h&gt;</b>

<b>int lockf(int fildes, int function, off_t size_to_lock);</b>

Параметр function может принимать следующие значения:

□ F_ULOCK — разблокировать;

□ F_LOCK — заблокировать монопольно;

□ F_TLOCK — проверить и заблокировать монопольно;

□ F_TEST — проверить наличие блокировок других процессов.

Параметр size_to_lock содержит количество обрабатываемых байтов, отсчитываемых в файле от текущей величины смещения. У функции lockf более простой интерфейс, чем у вызова fcntl в основном потому, что у нее меньше функциональных возможностей и гибкости. Для применения функции вы должны найти начало участка, который хотите заблокировать, затем вызвать функцию, указав количество блокируемых байтов.

Как и в случае вызова fcntl, все блокировки только рекомендательные; они на самом деле не могут помешать чтению из файла или записи в файл. За проверку имеющихся блокировок отвечают программы. Эффект от смешивания блокировок с помощью fcntl и блокировок с помощью lockf непредсказуем, поэтому вам следует решить, какой способ выбрать, и строго его придерживаться.

Взаимоблокировки

Обсуждение блокировок не было бы законченным без упоминания об опасности взаимоблокировок или тупиков. Предположим, что две программы хотят обновить один и тот же файл. Им обеим нужно обновить байт 1 и байт 2 одновременно. Программа А выбирает первым обновление байта 2, затем байта 1. Программа В пытается обновить сначала байт 1, затем байт 2.

Обе программы стартуют одновременно. Программа А блокирует байт 2, а программа В — байт 1. Программа А пытается установить блокировку для байта 1. Поскольку он уже заблокирован программой В, программа А ждет. Программа В пытается заблокировать байт 2. Поскольку он уже заблокирован программой А, программа В тоже ждет.

Ситуация, в которой ни одна программа не может выполняться, называется взаимоблокировкой или тупиковой ситуацией. Эта проблема очень распространена в работающих с базами данных приложениях, в которых многие пользователи часто пытаются получить доступ к одним и тем же данным. Многие коммерческие реляционные базы данных обнаруживают взаимоблокировки и устраняют их автоматически; ядро Linux этого не делает. Для устранения возникшего непорядка требуется внешнее вмешательство, возможно, принудительно завершающее выполнение одной из программ.

Программистам стоит опасаться подобных ситуаций. Если у вас есть несколько программ ждущих установки блокировок, нужно быть очень внимательным и рассмотреть возможность возникновения тупиковой ситуации. В данном примере этого легко избежать: обе программы просто должны блокировать нужные им байты в одном и том же порядке или использовать область большего размера для блокировки.

В этой книге из-за ограниченности объема у нас нет возможности рассматривать трудности действующих одновременно программ. Если вы хотите почитать побольше об этом, попробуйте найти книгу: Ben-Ari М. Principles of Concurrent and Distributed Programming. — Prentice Hall, 1990 (Бен-Ари M. Принципы параллельного и распределенного программирования).

Базы данных

Вы научились использованию файлов для хранения данных, зачем применять для этого базы данных? Очень просто, в некоторых обстоятельствах средства баз данных предоставляют лучший способ решения проблем. Применение базы данных лучше, чем хранение файлов, по двум причинам:

□ вы можете хранить записи данных переменного размера, что довольно трудно реализовать с помощью простых неструктурированных файлов;

□ базы данных эффективнее хранят и извлекают данные, применяя индекс. Это большое преимущество, потому что этот индекс должен быть не просто номером записи, который легко было бы реализовать в обычном файле, а произвольной строкой.

База данных dbm

Все версии Linux и большая часть вариантов систем UNIX поставляются с базовым, но очень эффективным набором подпрограмм для хранения данных, называемым базой данных dbm. База данных dbm отлично подходит для хранения индексированных данных, которые относительно статичны. Некоторые консерваторы в области баз данных могут возразить, что dbm — вовсе не база данных, а просто система хранения индексных файлов. Стандарт X/Open, тем не менее, называет dbm базой данных, поэтому в книге мы будем продолжать называть ее так же.

Несмотря на взлет свободно распространяемых реляционных баз данных, таких как MySQL и PostgreSQL, база данных dbm продолжает играть важную роль в системе Linux. Дистрибутивы, использующие RPM, например, Red Hat и SUSE, применяют dbm как внутреннее хранилище для данных устанавливаемых пакетов. Реализация LDAP с открытым кодом, Open LDAP (Lightweight Directory Access Protocol, облегченный протокол доступа к каталогу), также может применять dbm как механизм хранения. Преимущества dbm по сравнению с более сложными базами данных, такими как MySQL, в ее "легковесности" и возможности более простого встраивания в распределенный двоичный код (distributed binary), поскольку не требуется установка отдельного сервера базы данных. Во время написания книги программы Sendmail и Apache использовали dbm.

База данных dbm позволяет хранить структуры данных переменного размера с помощью индекса и затем извлекать структуру либо используя индекс, либо просто последовательно просматривая базу данных. Базу данных dbm лучше всего применять для данных, к которым часто обращаются, но которые редко обновляются, поскольку она довольно медленно создает элементы, но быстро извлекает их.

В данный момент мы сталкиваемся с небольшой проблемой: в течение многих лет было сформировано несколько версий базы данных dbm с разными API и средствами. Существует исходный набор dbm, "новый" набор dbm, называемый ndbm, и реализация проекта GNU gdbm. Реализация GNU может эмулировать интерфейсы более старой версии dbm и версии ndbm, но ее собственный интерфейс существенно отличается от других реализаций. Различные дистрибутивы Linux поставляются с библиотеками разных версий dbm, но самый популярный вариант — поставка с библиотекой gdbm и установка ее с возможностью эмуляции интерфейсов двух других типов.

В книге мы собираемся сосредоточиться на интерфейсе ndbm, поскольку он стандартизован X/OPEN и его применять легче, чем непосредственно интерфейс реализации gdbm.

Самые широко распространенные дистрибутивы Linux приходят с уже установленной версией gdbm, хотя в некоторых из них вам придется применить соответствующий диспетчер пакетов (package manager) для установки нужных библиотек разработки. Например, в дистрибутиве Ubuntu вам может понадобиться диспетчер пакетов Synaptic для установки пакета libgdbm-dev, если он не установлен по умолчанию.

Если вы хотите просмотреть исходный код или используете дистрибутив, в который не включен встроенный пакет разработки, реализацию GNU можно найти по адресу www.gnu.org/software/gdbm/gdbm.html.