Арнольд Роббинс - Linux программирование в примерах

• Название: Linux программирование в примерах
• Автор: Арнольд Роббинс
• Издательство: Кудиц-Образ
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2005
• ISBN: 5-9579-0059-1

В книге рассмотрены вопросы, связанные с программированием под Linux: файловый ввод/вывод, метаданные файлов, основы управления памятью, процессы и сигналы, пользователи и группы, вопросы интернационализации и локализации, сортировка, поиск и многие другие. Много внимания уделено средствам отладки, доступным под GNU Linux. Все темы иллюстрируются примерами кода, взятого из V7 UNIX и GNU. Эта книга может быть полезна любому, кто интересуется программированием под Linux.

---

Имеются следующие аспекты блокировки файлов:

Блокировка записей

Блокировка записи является блокировкой части файла. Поскольку файлы Unix являются просто потоками байтов, было бы корректнее использовать термин блокировка диапазона (range lock), поскольку осуществляется блокировка диапазона байтов. Тем не менее, термин «блокировка записей» общеупотребительный.

Блокировка всего файла

Блокировка всего файла, как предполагает название, блокирует весь файл, даже если его размер меняется в блокированном состоянии. Интерфейс BSD предусматривает блокирование лишь всего файла. Для блокирования всего файла с использованием интерфейса POSIX указывают нулевую длину. Это интерпретируется особым образом как «весь файл».

Блокировка чтения

Блокировка чтения предотвращает запись в читаемую область. В файле может быть несколько заблокированных для чтения участков, даже в одной области файла, не мешающих друг другу, поскольку к данным осуществляется лишь доступ и они не изменяются.

Блокировка записи

Блокировка записи предоставляет исключительный доступ к записываемой области. Если эта область заблокирована также и для чтения, попытка получения блокировки записи либо блокируется, либо завершается неудачей в зависимости от запрошенного типа блокировки. После получения блокировки записи попытка получить блокировку чтения завершается неудачей.

Вспомогательная блокировка

Вспомогательная блокировка (advisory lock) тесно соответствует замку на двери. Говорят, «замки существуют для честных людей», что означает, что если кто-нибудь на самом деле захочет вломиться в ваш дом, он, возможно, найдет способ это сделать, несмотря на наличие замка в двери. То же и со вспомогательной блокировкой; она работает лишь тогда, когда тот, кто пытается получить доступ к заблокированному файлу, сначала пытается получить блокировку. Однако, программа может совершенно игнорировать вспомогательные блокировки и делать с файлом, что захочет (конечно, пока это разрешается правами допуска файла).

Обязательная блокировка

Обязательная блокировка является более строгой: когда установлена обязательная блокировка, ни один другой процесс не может получить доступ к заблокированному файлу. Любой процесс, который пытается игнорировать это, либо сам блокируется до снятия блокировки файла, либо его попытка завершится неудачей. (Под GNU/Linux по крайней мере это включает root!)

Вспомогательная блокировка достаточна для взаимодействующих программ, разделяющих индивидуальный файл, когда не предполагается использование этого файла ни одним другим приложением. Обязательная блокировка подходит в ситуации, когда избежание конфликта в использовании файла является критическим, как в коммерческих системах баз данных.

POSIX стандартизует лишь вспомогательную блокировку. Обязательная блокировка доступна на GNU/Linux, а также в ряде коммерческих систем Unix, но детали варьируют. Далее в данном разделе мы рассмотрим детали для GNU/Linux.

14.2.2. Блокировка POSIX: fcntl() и lockf()

Системный вызов fcntl() (file control — управление файлом) используется для блокировки файла. (Другое использование fcntl() было описано в разделе 9.4.3 «Управление атрибутами файла: fcntl()».) Он объявлен следующим образом:

#include <unistd.h> /* POSIX */

#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd); /* Not relevant for file locking */

int fcntl(int fd, int cmd, long arg); /* Not relevant for file locking */

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

Аргументы следующие:

fd Дескриптор файла для открытого файла.

cmd Одна или более именованных констант, определенных в <fcntl.h>. Ниже они описаны более подробно.

lock Указатель на struct flock, описывающую нужный блок.

14.2.2.1. Описание блокировки

Прежде чем рассмотреть осуществление блокировки, давайте исследуем описание блокировки в операционной системе. Это делается при помощи структуры struct flock, которая описывает диапазон блокируемых байтов и вид нужной блокировки. Стандарт POSIX утверждает, что struct lock содержит «по крайней мере» определенные члены. Это позволяет разработчикам предоставлять при желании дополнительные члены структуры. Из слегка отредактированной справочной страницы fcntl(3):

struct flock {

 ...

 short l_type; /* Тип блокировки: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */

 short l_whence; /* Как интерпретируется l_start:

                    SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */

 off_t l_start; /* Начальное блокируемое смещение */

 off_t l_len; /* Число блокируемых байтов;

                 0 означает от начала до конца файла */

 pid_t l_pid; /* PID блокирующего процесса (только F_GETLK) */

 ...

};

Поле l_start является смешением начального байта блокируемого участка. l_len является длиной блокируемого участка, т. е. общим числом блокируемых байтов. l_whence указывает место в файле, относительно которого отсчитывается l_start, значения те же, что и для аргумента whence функции lseek() (см раздел 4.5 «Произвольный доступ: перемещения внутри файла»), отсюда и название поля. Эта структура самодостаточна: смещение l_start и значение l_whence не связаны с текущим файловым указателем для чтения или записи. Пример кода мог бы выглядеть таким образом:

struct employee { /* что угодно */ }; /* Описание сотрудника */

struct flock lock; /* Структура блока */

...

/* Заблокировать структуру для шестого сотрудника */

lock.l_whence = SEEK_SET; /* Абсолютное положение */

lock.l_start = 5 * sizeof(struct employee); /* Начало 6-й структуры */

lock.l_len = sizeof(struct employee); /* Блокировать одну запись */

Используя SEEK_CUR или SEEK_END, вы можете заблокировать участки, начиная от текущего смещения в файле или относительно конца файла соответственно. Для этих двух случаев l_start может быть отрицательным, пока абсолютное начало не меньше нуля. Таким образом, чтобы заблокировать последнюю запись в файле:

/* Заблокировать запись последнего сотрудника */

lock.l_whence = SEEK_END; /* Относительно EOF */

lock.l_start = -1 * sizeof (struct employee);

 /* Начало последней структуры */

lock.l_len = sizeof(struct employee); /* Заблокировать одну запись */

Установка l_len в 0 является особым случаем. Он означает блокировку файла от начального положения, указанного с помощью l_start и l_whence, и до конца файла. Сюда входят также любые области за концом файла. (Другими словами, если заблокированный файл увеличивается в размере, область блокировки расширяется таким образом, чтобы продолжать охватывать весь файл.) Таким образом, блокирование всего файла является вырожденным случаем блокирования одной записи:

lock.l_whence = SEEK_SET; /* Абсолютное положение */

lock.l_start = 0; /* Начало файла */

lock.l_len = 0; /* До конца файла */

Справочная страница fnctl(3) имеет примечание:

POSIX 1003.1-2001 допускает отрицательные значения l_len. (И если это так, описываемый блоком интервал охватывает байты с l_start + l_len вплоть до l_start - 1 включительно.) Однако, в этой ситуации системный вызов Linux для современных ядер возвращает EINVAL.

(Мы заметили, что справочная страница относится к версиям ядер 2.4.x; стоит проверить текущую справочную страницу, если ваша система новее.)

Теперь, когда мы знаем, как описать где блокируется файл, мы можем описать тип блокировки с помощью l_type. Возможные значения следующие:

F_RDLCK  Блокировка чтения. Для применения блокировки чтения файл должен быть открыт для чтения.

F_WRLCK  Блокировка записи. Для применения блокировки записи файл должен быть открыт для записи.

F_UNLCK  Освобождение предыдущей блокировки.

Таким образом, полная спецификация блокировки включает установку в структуре struct flock значений четырех полей: трех для указания блокируемой области и четвертого для описания нужного типа блока.

Значение F_UNLCK для l_type снимает блокировку. В общем, это простейший способ снять те самые блоки, которые были установлены ранее, но можно «расщепить» блок, освободив диапазон байтов в середине ранее установленного более крупного блока. Например:

struct employee { /* что угодно */ }; /* Описание сотрудника */

struct flock lock; /* Структура блока */

...

/* Заблокировать сотрудников 6-8 */