Книга: Основы программирования в Linux

Создание файлов с блокировкой

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.

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 %dn", save_errno);
 } else {
  printf("Open succeededn");
 }
 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.

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);
  if (file_desc == -1) {
   printf("%d - Lock already presentn", getpid());
   sleep(3);
  } else {

2. Далее следует критическая секция:

   printf("%d — I have exclusive accessn", getpid());
   sleep(1);
   (void)close(file_desc);
   (void)unlink(lockfile);

3. В этом месте она заканчивается:

   sleep(2);
  }
 }
 exit(EXIT_SUCCESS);
}

Для выполнения программы вам сначала нужно выполнить следующую команду, чтобы убедиться в том, что файла не существует:

$ rm -f /tmp/LCK.test2

Затем с помощью приведенной далее команды запустите две копии программы:

$ ./lock2 & ./lock2

Она запускает одну копию программы в фоновом режиме, а вторую — как основную программу. Далее приведен вывод:

1284 — I have exclusive access
1283 — Lock already present
1283 — I have exclusive access
1284 — Lock already present
1284 — I have exclusive access
1283 — Lock already present
1283 — I have exclusive access
1284 — Lock already present
1284 — I have exclusive access
1283 — Lock already present
1283 — I have exclusive access
1284 — Lock already present
1284 — I have exclusive access
1283 — Lock already present
1283 — I have exclusive access
1284 — Lock already present
1284 — I have exclusive access
1283 — Lock already present
1283 — I have exclusive access
1284 — Lock already present

В приведенном примере показано, как взаимодействуют две выполняющиеся копии одной и той же программы. Если вы попробуете выполнить данный пример, то почти наверняка увидите другие идентификаторы процессов в выводе, но поведение программ будет тем же самым.

Как это работает

Для демонстрации вы 10 раз выполняете в программе цикл с помощью оператора while. Затем программа пытается получить доступ к дефицитному ресурсу, создав уникальный файл с блокировкой /tmp/LCK.test2. Если эта попытка терпит неудачу из-за того, что файл уже существует, программа ждет короткий промежуток времени и затем снова пытается создать файл. Если ей это удается, она получает доступ к ресурсу и в части программы, помеченной как "критическая секция", выполняет любую обработку, требующую исключительных прав доступа.

Поскольку это всего лишь пример, вы ждете очень короткий промежуток времени. Когда программа завершает использование ресурса, она снимает блокировку, удаляя файл с блокировкой. Далее она может выполнить другую обработку (в данном случае это просто функция sleep) прежде, чем попытаться возобновить блокировку. Файлы с блокировкой действуют как двоичный семафор, давая программе ответ "да" или "нет" на вопрос: "Могу ли я использовать ресурс?". В главе 14 вы узнаете больше о семафорах.

Важно уяснить, что это совместное мероприятие, и вы должны корректно писать программы для его работы. Программа, потерпевшая неудачу в создании файла с блокировкой, не может просто удалить файл и попробовать снова, Возможно, в дальнейшем она сумеет создать файл с блокировкой, но у другой программы, уже создавшей такой файл, нет способа узнать о том, что она лишилась исключительного доступа к ресурсу.

Оглавление книги