linux系统编程：IO读写过程的原子性操作实验，linuxio
所谓原子性操作指的是：内核保证某系统调用中的所有步骤（操作）作为独立操作而一次性加以执行，其间不会被其他进程或线程所中断。
举个通俗点的例子：你和女朋友OOXX的时候，突然来了个电话，势必会打断你们高潮的兴致，最好的办法就是，你们做这事的时候，把通讯设备关机，就能确保，这次的事情很圆满的完成，这就是一次原子性操作。
在多进程IO过程中，如果操作不具有原子性，就可能会导致数据混乱，相互覆盖等情况。这种现象也叫竞争状态。
所谓竞争状态指的是：操作共享资源的两个进程（或线程），其结果取决于一个无法预期的顺序，因为进程获取的cpu执行时间是不确定的。
1,假想的，以独占方式创建一个文件
下面这段代码，用open和O_CREAT标志演示一个独占方式创建文件， 什么叫独占方式创建文件？ 就是该进程始终认为这个文件是他打开的，或者是他创建的
![]()
1 /*================================================================
2 * Copyright (C) 2018 . All rights reserved.
3 *
4 * 文件名称：bad_exclusive_open.c
5 * 创 建 者：ghostwu(吴华)
6 * 创建日期：2018年01月11日
7 * 描 述：
8 *
9 ================================================================*/
10
11 #include <stdio.h>
12 #include <sys/types.h>
13 #include <sys/stat.h>
14 #include <fcntl.h>
15 #include <stdlib.h>
16 #include <
string.h>
17 #include <sys/types.h>
18 #include <unistd.h>
19 #include <errno.h>
20
21
22 int main(
int argc,
char *
argv[])
23 {
24 if( argc <
2 || strcmp( argv[
1],
"--help" ) ==
0 ){
25 printf(
"usage:%s filename\n", argv[
0] );
26 exit( -
1 );
27 }
28
29 printf(
"pid=%d, %s文件不存在\n", getpid(), argv[
1] );
30
31 int fd = -
1;
32
33 fd = open( argv[
1], O_WRONLY );
34 if( fd <
0 ){
35 sleep(
5 );
36 printf(
"pid=%d, 结束睡眠\n", getpid() );
37 //其他错误原因，导致文件打开失败
38 if( errno !=
ENOENT ) {
39 perror(
"open" );
40 exit( -
1 );
41 }
else {
42 //文件不存在 导致文件打开失败
43 fd = open( argv[
1], O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR |
S_IWUSR );
44 if( fd <
0 ) {
45 printf(
"文件%s创建失败\n", argv[
1] );
46 exit( -
1 );
47 }
48 printf(
"文件%s,创建并打开成功:fd=%d\n", argv[
1], fd );
49 printf(
"进程id=%d\n", getpid() );
50 close( fd );
51 }
52 }
else {
53 printf(
"文件%s,打开成功:fd=%d\n", argv[
1], fd );
54 printf(
"进程id=%d\n", getpid() );
55 close( fd );
56 }
57
58
59 return 0;
60 }
View Code
假如，我们要创建一个不存在的test.txt文件。
为了演示方便，在程序第一次判断文件不存在的情况下，让进程挂起( sleep 5 )交出cpu的执行时间，这个时候，我们可以这样测试，两种方法：
1，在另一个终端，登录另一个账户(如root账户)，创建test.txt文件
2，在另一个终端，再开启一个进程
方法一：用shell脚本创建一个test.txt，并赋予其他组的权限为rw
createfile.sh
1 #!/bin/bash
2 #创建文件,并改变权限配合测试
3
4 touch test.txt
5 sudo chmod a+rw test.txt
实验结果：左边的进程依然认为这个文件是他创建并打开的!
方法二，在另一个终端，再开一个进程测试
两个进程都认为，test.txt是他们自己创建并打开的
2，如何保证独占方式创建一个文件?
非常简单，只需要把加一个标志O_EXCL，结合O_CREAT
fd = open( argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR );
再次按照上面的2种方式测试，得到的结果就是：
如果在sleep期间，别的进程创建了文件，那么该进程会报错
3，seek与write结合，产生相互覆盖
![]()
1 /*================================================================
2 * Copyright (C) 2018 . All rights reserved.
3 *
4 * 文件名称：seek_file.c
5 * 创 建 者：ghostwu(吴华)
6 * 创建日期：2018年01月11日
7 * 描 述：
8 *
9 ================================================================*/
10
11 #include <stdio.h>
12 #include <stdlib.h>
13 #include <
string.h>
14 #include <sys/types.h>
15 #include <sys/stat.h>
16 #include <fcntl.h>
17 #include <sys/types.h>
18 #include <unistd.h>
19
20 #ifndef BUFSIZE
21 #define BUFSIZE 50
22 #endif
23
24
25 int main(
int argc,
char *
argv[])
26 {
27 if( argc <
3 || strcmp( argv[
1],
"--help" ) ==
0 ) {
28 printf(
"usage:%s filename w<string>\n", argv[
1] );
29 exit( -
1 );
30 }
31
32 if( argv[
2][
0] !=
'w' ) {
33 printf(
"必须以w开头\n" );
34 exit( -
1 );
35 }
36
37 int fd = -
1;
38 fd = open( argv[
1], O_RDWR );
39
40 if( fd <
0 ) {
41 printf(
"文件%s打开失败\n", argv[
1] );
42 exit( -
1 );
43 }
44
45 if ( -
1 == lseek( fd,
0, SEEK_END ) ) {
46 printf(
"指针移动到尾部失败\n" );
47 exit( -
1 );
48 }
49
50 sleep(
5 );
51
52 char buf[BUFSIZE];
53 ssize_t nwrite;
54
55 strcpy( buf, &argv[
2][
1] );
56
57 nwrite =
write( fd, buf, strlen( buf ) );
58 if( -
1 ==
nwrite ) {
59 printf(
"文件写入失败\n" );
60 exit( -
1 );
61 }
62 printf(
"pid=%d,向文件%s写入了%ld个字节\n", getpid(), argv[
1], nwrite );
63
64 return 0;
65 }
View Code
如果第一个进程执行到seek与write之间，交出 cpu, 被执行相同代码的第二个进程中断，那么这两个进程在写入数据前都把指针移动到相同的位置，如果一个进程先完成，那么后一个进程会覆盖前面进程写入的数据
试验结果：
第二个进程后结束： 第一个进程写入的123被第二个进程的4567覆盖，产生结果 4567
第一个进程后结束：第一个进程写入的4567被第二个进程的123覆盖，产生结果 1237
如何避免数据覆盖？打开文件时候，加入O_APPEND标志
fd = open( argv[1], O_RDWR | O_APPEND );
总结：
1）理解原子性操作
2）理解标志O_CREAT与O_EXCL结合的意义
3）理解O_APPEND标志
4）理解竞争状态
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