Книга: Основы программирования в Linux

Блокировка участков файла

Блокировка участков файла

Создание файлов с блокировкой подходит для управления исключительным доступом к ресурсам, таким как последовательные порты или редко используемые файлы, но этот способ не годится для доступа к большим совместно используемым файлам. Предположим, что у вас есть большой файл, написанный одной программой и одновременно обновляемый многими программами. Такая ситуация может возникнуть, если программа записывает какие-то данные, получаемые непрерывно или в течение длительного периода, и обрабатывает их с помощью нескольких разных программ. Обрабатывающие программы не могут ждать, пока программа, записывающая данные, завершится — она работает постоянно, поэтому программам нужен какой-то способ кооперации для обеспечения одновременного доступа к одному и тому же файлу.

Урегулировать эту ситуацию можно, блокируя участки файла. При этом конкретная часть файла блокируется, но другие программы могут иметь доступ к другим участкам файла. Это называется блокировкой сегментов или участков файла. У системы Linux есть (как минимум) два способа сделать это: с помощью системного вызова fcntl или системного вызова lockf. Мы рассмотрим интерфейс fcntl, поскольку он наиболее часто применяется. Интерфейс lockf в основном аналогичен, и в ОС Linux он используется как альтернативный интерфейсу fcntl. Однако блокирующие механизмы fcntl и lockf не работают вместе: у них разные низкоуровневые реализации. Поэтому никогда не следует смешивать вызовы этих двух типов; выберите один или другой.

Вы встречали вызов fcntl в главе 3. У него следующее определение:

#include <fcntl.h>
int fcntl(int fildes, int command, ...);

Системный вызов fcntl оперирует открытыми дескрипторами файлов и, в зависимости от параметра command, может выполнять разные задачи. Для блокировки файлов интересны три приведенные далее возможные значения параметра command:

? F_GETLK;

? F_SETLK;

? F_SETLKW.

Когда вы используете эти варианты, третий аргумент в вызове должен быть указателем на структуру struct flock, поэтому на самом деле прототип вызова выглядит следующим образом:

int fcntl(int fildes, int command, struct flock *flock_structure);

Структура flock (он англ. file lock) зависит от конкретной реализации, но, как минимум, она будет содержать следующие элементы:

? short l_type;

? short l_whence;

? off_t l_start;

? off_t l_len;

? pid_t l_pid.

Элемент l_type принимает одно из нескольких значений (табл. 7.1), определенных в файле fcntl.h.

Таблица 7.1.

Элементы l_whence, l_start и l_len определяют участок файла, непрерывную область в байтах. Элемент l_whence должен задаваться одним из следующих значений: SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END (из файла unistd.h). Они соответствуют началу, текущей позиции или концу файла соответственно. Элемент l_whence задает смещение для первого байта участка файла, определенного элементом l_start. Обычно оно задается константой SEEK_SET, поэтому l_start отсчитывается от начала файла. Параметр l_len содержит количество байтов в участке файла.

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.

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

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.

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

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.

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.

Оглавление книги