linux proc文件 write的原子性,unix/linux 探讨系统调用write的原子性（atomic）

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-01-19 14:56 179阅读 0赞

当一个文件被多个进程或者多个线程同时操作时，会不会出现内容交错的现象。例如一个进程向文件写入“AAAA” ，使用语句(write( fd,  "AAAA",  4);)，另一个进程向文件写入“BBBB”，语句为(write ( fd,  "BBBB",  4);)。那么最终文件的内容会不会出现“AABBBBAA” 的情况呢？这就涉及到write函数是否是原子操作的问题了。

如果write函数是原子操作，也即写入期间不允许进程或者线程的切换，那么就不会出现上面的情况，最终文件里的内容只可能为“AAAABBBB”， “BBBBAAAA”，“BBBB”， “AAAA”，这四种情况。你可能会感到奇怪，前面两种输出还好理解，后面是什么情况？这就与write函数的写入过程有关了，write分为定位和写入两个阶段，定位操作指定内容写入文件的位置(如 “起始”，“末尾”，或是中间某一位置 ，还记得lseek这个函数吧，它就是完成定位操作的)。试想这样一种情况，第一个进程定位完成后(pos=0)，时间片结束，OS切换到第二个写入进程，该进程完成了所有操作后(pos=4)再还给第一个进程操作，由于第一个进程已经完成定位操作，现在开始写入，这样就会覆盖掉前面写的内容，导致出现上面的情况。那么如何解决这个问题呢？......嗯，还记得O\_APPEND这个参数吗？它就是用来解决这个问题的，它使得定位与写入成为原子操作，也即每次写入的时候都定位到文件的末尾，然后完成写操作，中间不允许打断。这在打印log日志中可是非常好用哩！！！

如果write不是原子操作，那情况就非常复杂了，因为write可能会随时被打断，写入文件的内容就千奇百怪了。这样我们也就只能借助文件锁(多进程情形)或互斥锁(多线程情形)，来解决文件写入问题了。当然文件锁和互斥锁都非常耗资源，而且效率较低，不推荐用这种锁机制。好在大多数的unix和linux都将write设计为原子操作，但这只限于文件，对于管道(pipe)，套接字(socket)，FIFO 又应当别论了。详情，请参考下面的这篇博文。http://os.51cto.com/art/201108/285324.htm

好了，一番没有例证的空谈都是无力的，下面我们就用代码测试write在多进程和多线程下是否是原子操作，以及在以上环境下，Log日志操作方法该如何设计。我的环境为：Linux CentOS 6.3  内核版本：2.6.32-279.el6.i686

\#include

\#defineFILE\_NAME"demo.txt"

\#defineCONSOLE"/dev/tty"

\#defineerr\_exit(m)\{perror(m); exit(1);\}

intmain()\{

intfd;

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*参数说明如下：\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*

\*O\_RDWR 对文件的操作权限，可读可写操作

\*O\_CREAT 如果文件不存在就新建该文件，用于记录写入内容；后面的0644设定文件的进入权限

\*O\_TRUNC 每次打开文件的时候都清空文件原先的内容

\*O\_APPEND 设定定位与写入操作的原子性，每次写入都追加到文件末尾

\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*/

fd = open(FILE\_NAME, O\_RDWR | O\_CREAT | O\_TRUNC | O\_APPEND , 0644);

if(fd == -1) err\_exit("open error");

intpid;

charbuf\[4194304\];//设定一个很大的数组4096\*1024，测试其他进程是否可以打断该操作。

memset(buf, 'a', 4194303);//将该数组的内容设定为"aaaaaaa...\\n",方便我们观测。

memset(buf+4194303,'\\n',1);

if((pid = fork()) < 0) err\_exit("fork error");

//利用fork产生子进程，共享同一个文件句柄，可以实现多进程的情形。

if(pid == 0)\{

int i = 0;

for(; i < 10; i++)\{

write(fd, buf, 4194304);

\}else if(pid > 0)\{

int i = 0;

for(; i < 100; i++)\{

write(fd, "bbb\\n", 4);

wait(-1);//等待子进程结束，防止僵尸进程的出现；

if(close(fd) == -1) err\_exit("close error");

return 0;

然后我们用vi编辑器打开看一下内容，是否有“aaaaaaaaa......"中夹杂着“bbb”字符的情况，你会发现，这两个写入的过程是分开的，不会出现交叉的情况。当然如果你将buf的内容设定的非常大，超过了内核的缓存，则可能出现非原子操作的情况，当然这种情况我们应该避免发生。那么对于多线程的情况，该如何测试呢，请看下面的代码：

\#include

\#defineFILE\_NAME"demo.txt"

\#defineCONSOLE"/dev/tty"

\#defineerr\_exit(m)\{perror(m); exit(1);\}

intfd;//设置成全局变量，方便下面的程序访问

intmain()\{

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*参数说明如下：\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*

\*O\_RDWR 对文件的操作权限，可读可写操作

\*O\_CREAT 如果文件不存在就新建该文件，用于记录写入内容；后面的0644设定文件的进入权限

\*O\_TRUNC 每次打开文件的时候都清空文件原先的内容

\*O\_APPEND 设定定位与写入操作的原子性，每次写入都追加到文件末尾

\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*/

fd = open(FILE\_NAME, O\_RDWR | O\_CREAT | O\_TRUNC | O\_APPEND , 0644);

pthread\_t pth1, pth2, pth3, pth4;

charbuf\[4194304\];

void write\_block(void \*);

memset(buf, 'a', 4194302);//设定一个很大的数组4096\*1024，测试其他进程是否可以打断该操作。

memset(buf+4194302,'\\n', 1);//将该数组的内容设定为"aaaaaaa...\\n",方便我们观测。

memset(buf+4194303,'\\0', 1);//当然最后以0结尾，因为下面的函数用到strlen方法。

pthread\_create(&pth1, NULL, write\_block, buf);

pthread\_create(&pth2, NULL, write\_block, "bbbb\\n");

pthread\_create(&pth3, NULL, write\_block, "cccc\\n");

pthread\_create(&pth4, NULL, write\_block, "dddd\\n");

pthread\_join(pth1, NULL);

pthread\_join(pth2, NULL);

pthread\_join(pth3, NULL);

pthread\_join(pth4, NULL);

return 0;

voidwrite\_block(void\* buf)\{

int i = 0;

intlen = strlen(buf);

for( ; i < 10; i++)\{

write(fd, buf,len);

同样的，我们用vi编辑器打开文件，发现并没有交错的情况出新，可以说明，write系统调用在buf大小不超过内核缓存的时候，他是原子操作，这样我们就证明了write的确时原子操作。上面的例子我们可以多做几遍，防止偶然事件的发生。

最后如果你想完成打印log日志的操作，可以将要打印的内容放入到一个buf中，最后一次调用write方法，这样就可以让输出的内容不会交错，便于查看内容。如果你想达到格式化输出的效果，可以使用sprintf函数，它与printf的用法是一样的，只是多个(char\* buf )参数，最后将内容打印到buf中而不是屏幕上。我不建议分几次调用write方法，这样会怎加系统开销，因为系统会在内核和用户程序间来回切换。