Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

Параметр l_pid применяется для указания процесса, установившего блокировку; см. следующее далее описание значения F_GETLK параметра command.

Для каждого байта в файле может быть установлена блокировка только одного типа в каждый конкретный момент времени и может быть либо разделяемой блокировкой, либо исключительной или блокировка может отсутствовать. Для системного вызова fcntl существует совсем немного комбинаций значений команд и вариантов, поэтому рассмотрим их все по очереди.

Значение F_GETLK параметра command

Первое значение параметра command — F_GETLK. Эта команда получает информацию о файле, который открыт fildes (первый параметр в вызове). Она не пытается блокировать файл. В процессе вызова передаются сведения о типе блокировки, которую хотелось бы установить, и вызов fcntl с командой F_GETLK возвращает любую информацию, которая могла бы помешать установке блокировки.

Значения, используемые в структуре flock, приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Значение Описание l_type Или F_RDLCK для разделяемой (только чтение) блокировки, или F_WRLCK для исключительной (на запись) блокировки l_whence Одно из значений: SEEK_SET, SEEK_CUR или SEEK_END LCK l_start Начальный байт интересующего вас участка файла l_len Количество байтов в интересующем вас участке файла l_pid Идентификатор процесса, удерживающего блокировку

Процесс может применять вызов с командой F_GETLK для определения текущего состояния блокировки участка файла. Он должен настроить структуру flock, указав тип требуемой блокировки и определив интересующую его область файла. Вызов fcntl возвращает в случае успешного завершения значение, отличное от -1. Если у файла уже есть блокировки, препятствующие установке требуемой блокировки, структура flock обновляется соответствующими данными. Если блокировке ничто не мешает, структура flock не изменяется. Если вызов с командой F_GETLK не может получить информацию, он возвращает -1 для обозначения аварийного завершения.

Если вызов с командой F_GETLK завершился успешно (т. е. вернул значение, отличное от -1), вызвавшее его приложение должно проверить, изменено ли содержимое структуры flock. Поскольку значение l_pid содержит идентификатор блокирующего процесса (если таковой найден), это поле очень удобно для того, чтобы проверить, изменялась ли структура flock.

Значение F_SETLK параметра command

Эта команда пытается заблокировать или разблокировать участок файла, заданного fildes. В табл. 7.3 приведены значения полей структуры flock (отличающиеся от значений, применяемых командой F_GETLK).

Таблица 7.3

Значение Описание l_type Одно из следующих: • F_RDLCK — для разделяемой или допускающей только чтение блокировки; • F_WRLCK — для исключительной или блокировки записи; • F_UNLCK — для разблокирования участка l_pid Не используется

Как и в случае F_GETLK, блокируемый участок определяется значениями элементов l_start, l_whence и l_len структуры flock. Если блокировка установлена, вызов fcntl вернет значение, отличное от -1, при аварийном завершении возвращается -1. Вызов завершается немедленно.

Значение F_SETLKW параметра command

Команда F_SETLKW аналогична команде F_SETLK за исключением того, что при невозможности установки блокировки вызов будет ждать до тех пор, пока такая возможность не представится. После перехода в состояние ожидания вызов завершится только, когда блокировка будет установлена или появится сигнал. Сигналы мы обсудим в главе 11.

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 freadи 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/writen", 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 filen", getpid());

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

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

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

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

7. Подождите какое-то время:

 sleep(60);

 printf ("Process %d closing filen", 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.