Основы программирования в Linux

Мэтью Нейл

Блокировка файлов

Блокировка файлов — очень важная составляющая многопользовательских многозадачных операционных систем. Программы часто нуждаются в совместно используемых данных, обычно хранящихся в файлах, и очень важно, что у этих программ есть способ управления файлом. Файл может быть при этом безопасно обновлен или программа может пресечь свои попытки чтения файла, находящегося в переходном состоянии во время записи в него данных другой программой.

У системы Linux есть несколько средств, которые можно применять для блокировки файлов. Простейший способ — блокировка файла на

элементарном уровне, когда ничего не может произойти при установленной блокировке. Он предоставляет программе метод создания файлов, обеспечивающий уникальность файла и невозможность одновременного создания этого файла другой программой.

Второй способ более сложный, он позволяет программам блокировать части файла для получения исключительного права доступа к ним. Есть два метода реализации этого варианта блокировки. Мы рассмотрим подробно только один из них, поскольку второй очень похож и отличается от первого немного иным интерфейсом.

Создание файлов с блокировкой

Многие приложения нуждаются в возможности создания ресурса в виде файла с блокировкой. Другие программы после этого могут проверить файл, чтобы узнать, есть ли у них право доступах ресурсу.

Как правило, эти заблокированные файлы находятся в специальном месте и имеют имена, связанные с управляемыми ими ресурсами. Например, когда используется модем, система Linux создает файл с блокировкой, часто применяя каталог в каталоге /var/spool.

Помните о том, что блокировки файлов действуют только как индикаторы; программы должны сотрудничать для их применения. Такие блокировки называют рекомендательными (advisory lock), в отличие от обязательных блокировок (mandatory lock), при которых система инициирует блокирование.

Для создания файла с блокировкой (упражнение 7.7) можно использовать системный вызов

open

, определенный в файле fcntl.h (уже встречавшемся в предыдущих главах) и содержащий набор флагов

O_CREAT

и

O_EXCL

. Этот способ позволяет проверить, не существует ли уже такой файл, и затем создать его за одну элементарную неделимую операцию.

Упражнение 7.7. Создание файла с блокировкой

В программе lock1.c вы сможете увидеть файл с блокировкой в действии.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

int main {

 int file_desc;

 int save_errno;

 file_desc = open("/tmp/LCK.test", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444);

 if (file_desc == -1) {

save errno = errno;

printf("Open failed with error %d\n", save_errno);

 } else {

printf("Open succeeded\n");

 }

 exit(EXIT_SUCCESS);

}

 

Выполнив

программу первый раз, вы получите следующий вывод:

$ ./lock1

Open succeeded

Но при повторной попытке вы получите результат, приведенный далее:

$ ./lock1

Open failed with error 17

Как это работает

Для создания файла с именем /tmp/LCK.test программа выполняет вызов, использующий флаги

O_CREAT

и

O_EXCL

. Во время первого выполнения программы файл не существует, поэтому вызов

open

завершается успешно. Последующие запуски программы завершаются аварийно, потому что файл уже существует. Для успешного выполнения этой программы в дальнейшем вы должны вручную удалить файл с блокировкой.

В системах Linux, ошибка 17 соответствует константе

EEXIST

, указывающей на то, что файл уже существует. Номера ошибок определены в файле errno.h или, скорее, в файлах, включаемых этим файлом. В данном случае определение в действительности, находящееся в /usr/include/asm-generic/errno-base.h, гласит

#define EEXIST 17 /* File exists */

Это ошибка, соответствующая аварийному завершению вызова

open(O_CREAT | O_EXCL)

.

Если программе на короткий период во время выполнения, часто называемый критической секцией, нужно право исключительного доступа к ресурсу, ей следует перед входом в критическую секцию, создать файл с блокировкой с помощью системного вызова open и применить системный вызов

unlink

для удаления этого файла впоследствии, когда она завершит выполнение критической секции.

Вы можете увидеть сотрудничество программ, применяющих этот механизм блокировки, написав программу-пример и запустив одновременно две ее копии (упражнение 7.8). В программе будет использован вызов функции

getpid

, с которой вы встречались в главе 4, она возвращает идентификатор процесса, уникальный номер для каждой выполняющейся в данный момент программы.

Упражнение 7.8. Совместная блокировка файлов

1. Далее приведен исходный код тестовой программы lock2.с.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h> 

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

const char *lock_file = "/tmp/LCK.test2";

int main {

 int file_desc;

 int tries = 10;

 while (--tries) {

file_desc = open(lock_file, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444);