? ? 大家好，我是ST。

? ??今天主要和大家聊一聊，如何理解Linux系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)。

第一：競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)基本簡(jiǎn)介

? ??假設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程A和進(jìn)程B都對(duì)同一個(gè)文件進(jìn)行追加寫(xiě)操作（也就是在文件末尾寫(xiě)入數(shù)據(jù)），每一個(gè)進(jìn)程都調(diào)用了open函數(shù)打開(kāi)了該文件，但未使用O_APPEND標(biāo)志，此時(shí)，各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如圖。每個(gè)進(jìn)程都有它自己的進(jìn)程控制塊PCB，有自己的文件表（意味著有自己獨(dú)立的讀寫(xiě)位置偏移量），但是共享同一個(gè)inode節(jié)點(diǎn)（也就是對(duì)應(yīng)同一個(gè)文件）。假定此時(shí)進(jìn)程A處于運(yùn)行狀態(tài)，B未處于等待運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)程A調(diào)用了lseek函數(shù)，它將進(jìn)程A的該文件當(dāng)前位置偏移量設(shè)置為1500字節(jié)處（假如這里是文件末尾），剛好此時(shí)進(jìn)程A的時(shí)間片耗盡，然后內(nèi)核切換到了進(jìn)程B，進(jìn)程 B 執(zhí)行 lseek 函數(shù)，也將其對(duì)該文件的當(dāng)前位置偏移量設(shè)置為 1500 個(gè)字節(jié)處（文件末尾）。然后進(jìn)程 B 調(diào)用 write 函數(shù)，寫(xiě)入了 100 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，那么此時(shí)在進(jìn)程 B 中，該文件的當(dāng)前位置偏移量已經(jīng)移動(dòng)到了 1600 字節(jié)處。B 進(jìn)程時(shí)間片耗盡，內(nèi)核又切換到了進(jìn)程 A，使進(jìn)程 A 恢復(fù)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)程 A 調(diào)用 write 函數(shù)時(shí)，是從進(jìn)程 A 的該文件當(dāng)前位置偏移量（1500 字節(jié)處）開(kāi)始寫(xiě)入，此時(shí)文件 1500 字節(jié)處已經(jīng)不再是文件末尾了，如果還從 1500字節(jié)處寫(xiě)入就會(huì)覆蓋進(jìn)程 B 剛才寫(xiě)入到該文件中的數(shù)據(jù)。

? ??以上給大家所描述的這樣一種情形屬于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)（也成為了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)），操作共享資源的兩個(gè)進(jìn)程（或線(xiàn)程），其操作之后的所得到的結(jié)果往往是不可預(yù)期的，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程（或線(xiàn)程）去操作文件的順序是不可預(yù)期的，即這些進(jìn)程獲得 CPU 使用權(quán)的先后順序是不可預(yù)期的，完全由操作系統(tǒng)調(diào)配，這就是所謂的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。既然存在競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，那么該如何規(guī)避或消除這種狀態(tài)呢？接下來(lái)給大家介紹原子操作。

第二：原子操作方法
? ? ?所謂的原子操作，是有多步操作組成的一個(gè)操作，原子操作要么一步也不執(zhí)行，一旦執(zhí)行，必須要執(zhí)行完所有步驟，不可能只執(zhí)行所有步驟中的一個(gè)子集。

（1）O_APPEND實(shí)現(xiàn)原子操作

? ? ?前面提到過(guò)，進(jìn)程A和進(jìn)程B都對(duì)同一個(gè)文件進(jìn)行追加操作，導(dǎo)致進(jìn)程A寫(xiě)入的數(shù)據(jù)覆蓋了進(jìn)程B寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，解決辦法就是將“先定位到文件末尾”，然后寫(xiě)，這兩個(gè)步驟組成一個(gè)原子操作。

? ? ?當(dāng)open函數(shù)的 flags 參數(shù)中包含了 O_APPEND 標(biāo)志，每次執(zhí)行 write 寫(xiě)入操作時(shí)都會(huì)將文件當(dāng)前寫(xiě)位置偏移量移動(dòng)到文件末尾，然后再寫(xiě)入數(shù)據(jù)，這里“移動(dòng)當(dāng)前寫(xiě)位置偏移量到文件末尾、寫(xiě)入數(shù)據(jù)”這兩個(gè)操作步驟就組成了一個(gè)原子操作，加入 O_APPEND 標(biāo)志后，不管怎么寫(xiě)入數(shù)據(jù)都會(huì)是從文件末尾寫(xiě)，這樣就不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“進(jìn)程 A 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)覆蓋了進(jìn)程 B 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)”這種情況了。

（2）pread()和pwrite()

? ? ?pread()和pwrite()都是系統(tǒng)調(diào)用，與read()、write()函數(shù)的作用一樣，用于讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。區(qū)別在于，pread()和 pwrite()可用于實(shí)現(xiàn)原子操作，調(diào)用 pread 函數(shù)或 pwrite 函數(shù)可傳入一個(gè)位置偏移量 offset 參數(shù)，用于指定文件當(dāng)前讀或?qū)懙奈恢闷屏?，所以調(diào)用 pread 相當(dāng)于調(diào)用 lseek 后再調(diào)用 read；同理，調(diào)用 pwrite相當(dāng)于調(diào)用 lseek 后再調(diào)用 write。所以可知，使用 pread 或 pwrite 函數(shù)不需要使用 lseek 來(lái)調(diào)整當(dāng)前位置偏移量，并會(huì)將“移動(dòng)當(dāng)前位置偏移量、讀或?qū)憽边@兩步操作組成一個(gè)原子操作。

? ? ?pread、pwrite函數(shù)原型如下所示：

?

#include 
ssize_t?pread(int?fd,void *buf,size_t count,off_t offset);
ssize_t pwrite(int fd,const void *buf,size_t count,off_t offset);

?

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

fd、buf、count 參數(shù)與 read 或 write 函數(shù)意義相同。

offset：表示當(dāng)前需要進(jìn)行讀或?qū)懙奈恢闷屏俊?/p>

返回值：返回值與 read、write 函數(shù)返回值意義一樣。

雖然 pread（或 pwrite）函數(shù)相當(dāng)于 lseek 與 pread（或 pwrite）函數(shù)的集合，但還是有下列區(qū)別：

(1)調(diào)用 pread 函數(shù)時(shí)，無(wú)法中斷其定位和讀操作（也就是原子操作）；

?(2)不更新文件表中的當(dāng)前位置偏移量。

實(shí)例代碼實(shí)現(xiàn)：

?

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
 unsigned char buffer[100];
 int fd;
 int ret;
 /* 打開(kāi)文件 test_file */
 fd = open("./test_file", O_RDWR);
 if (-1 == fd) {
 perror("open error");
 exit(-1);
 }
 /* 使用 pread 函數(shù)讀取數(shù)據(jù)(從偏移文件頭 1024 字節(jié)處開(kāi)始讀取) */
 ret = pread(fd, buffer, sizeof(buffer), 1024);
 if (-1 == ret) {
 perror("pread error");
 goto err;
 }
 /* 獲取當(dāng)前位置偏移量 */
 ret = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
 if (-1 == ret) {
 perror("lseek error");
 goto err;
 }
 printf("Current Offset: %d
", ret);
 ret = 0;
err:
 /* 關(guān)閉文件 */
 close(fd);
 exit(ret);
}

?

? ? 在當(dāng)前目錄下存在一個(gè)文件test_file，直接使用pread函數(shù)讀取100個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，從偏移文件頭部1024字節(jié)處，讀取完成之后再使用lseek函數(shù)獲取到文件當(dāng)前位置偏移量，并將其打印出來(lái)。假如pread函數(shù)會(huì)改變文件中記錄的當(dāng)前位置偏移量，則打印出來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用是1024+100=1124;如果不會(huì)改變文件表中的記錄的當(dāng)前位置偏移量，則打印出來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是0。

總結(jié)：利用Linux系統(tǒng)中的API函數(shù)進(jìn)行操作的時(shí)候，競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)要進(jìn)行規(guī)避與處理。

　審核編輯：湯梓紅