Linux命令之write調(diào)用的原子性
linux命令是對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行管理的命令。本文介紹的關(guān)于linux命令中write調(diào)用的原子性的詳細(xì)描述，具體內(nèi)容如下所述。
UNIX環(huán)境高級(jí)編程中關(guān)于原子操作的介紹，其中有一種情形是在文件尾端添加數(shù)據(jù)。
文中說，如果多個(gè)進(jìn)程都需要將數(shù)據(jù)添加到某一文件，那么為了保證定位和寫數(shù)據(jù)這兩步是一個(gè)原子操作，需要在打開文件時(shí)設(shè)置O_APPEND標(biāo)志，看到這里我們就會(huì)想，雖然保證了定位和寫數(shù)據(jù)是一個(gè)原子操作，但是是否能夠保證多個(gè)進(jìn)程或線程寫入的數(shù)據(jù)不會(huì)交錯(cuò)呢，比如A進(jìn)程調(diào)用write(filedes1,"AAA",3)，B進(jìn)程調(diào)用write(filedes2,"BBBB",4)（其中filedes1和filedes2指向同一個(gè)文件），但是***文件中的數(shù)據(jù)是否有可能是AABBBAB，如果這個(gè)文件是一個(gè)管道或socket呢。
linuxman手冊(cè)頁中關(guān)于write調(diào)用的說明很不詳細(xì)，并未說明寫操作是否是原子的，所以我們有必要查找SingleUNIXSpecification(SUS)對(duì)write調(diào)用的說明，在SUS中對(duì)此調(diào)用的說明還是比較詳細(xì)的。在繼續(xù)討論之前我們需要清楚內(nèi)核在寫文件之前會(huì)對(duì)該文件加鎖，不管是否成功完成寫操作，在返回之前都會(huì)解鎖。
下面我們就以三種常見的文件根據(jù)SUS標(biāo)準(zhǔn)來討論上面提出的這個(gè)問題：
1.普通文件
SUS中也沒有說明在寫普通文件時(shí)是否會(huì)保證是原子操作，但是它說明了write調(diào)用可能并不能完全把我們需要寫入的數(shù)據(jù)寫到文件中去，那么什么情況下可能少寫數(shù)據(jù)呢？
SUS說明了兩種情況：磁盤已滿或則要寫入的文件的大小超過了當(dāng)前進(jìn)程的文件大小限制。其實(shí)至少還有一種情況，那就是內(nèi)核中的高速緩存不夠用的時(shí)候，比如linux內(nèi)核在發(fā)現(xiàn)高速緩存不夠用的時(shí)候就只寫入實(shí)際能夠容下的數(shù)據(jù)然后返回。正是由于存在上述***一種情況，所以說按照APUE那種方法在linux下面寫文件并不能保證我們的數(shù)據(jù)不會(huì)交錯(cuò)(不過我們可以根據(jù)write的返回值得知是否有發(fā)生交錯(cuò)的可能)。
其它的unix內(nèi)核可能會(huì)在實(shí)現(xiàn)上不同于linux內(nèi)核，他們可能在寫之前就判斷一下緩沖區(qū)是否足夠容納所有數(shù)據(jù)，如果是這種情況，寫操作應(yīng)該就是原子的；也可能寫了一部分?jǐn)?shù)據(jù)后才發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)不夠用并讓當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時(shí)內(nèi)核如果解鎖，那么在當(dāng)前進(jìn)程睡眠期間其它進(jìn)程可能寫了數(shù)據(jù)，如果不解鎖，那么就是原子操作，其他進(jìn)程不可能在這個(gè)時(shí)候?qū)懭霐?shù)據(jù)。由上面的分析可知，正是由于SUS標(biāo)準(zhǔn)不太完整的標(biāo)準(zhǔn)，我們不能確定一定可以按APUE的方法來同時(shí)向同一個(gè)普通文件寫數(shù)據(jù)。
如果我們非要在同一個(gè)文件中記錄多個(gè)進(jìn)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，我們***采用unix日志系統(tǒng)采用的方法，用一個(gè)專用進(jìn)程處理文件IO，其它進(jìn)程把需要寫的數(shù)據(jù)發(fā)送給這個(gè)專用進(jìn)程，這樣應(yīng)該比多個(gè)進(jìn)程同時(shí)寫一個(gè)文件可靠和高效。
2.管道
SUS對(duì)管道的寫操作說得更多也更明確，我們只需遵照其標(biāo)準(zhǔn)就可以了。對(duì)于write(pipefd,buf,nbyte),其要點(diǎn)如下：
如果nbyte<=PIPE_BUF，不管O_NONBLOCK是否設(shè)置，其寫操作都是原子的，就是說多個(gè)進(jìn)程都在此條件下同時(shí)寫同一個(gè)管道不會(huì)引起數(shù)據(jù)交錯(cuò)。
如果nbyte>PIPE_BUF，是不能保證寫操作是原子的，寫入的數(shù)據(jù)可能與其他進(jìn)程寫入的數(shù)據(jù)交錯(cuò)。
3.socket
SUS中對(duì)于寫socket并沒有說很多，我們無法從標(biāo)準(zhǔn)中得知write是否保證寫操作的原子性。我看了一下linux2.6.14內(nèi)核關(guān)于tcp數(shù)據(jù)的寫操作，發(fā)現(xiàn)它不是原子的，也從網(wǎng)上查到了這部分代碼的作者（們）對(duì)這個(gè)問題的看法，他（們）認(rèn)為對(duì)一個(gè)可能***阻塞的操作保證原子性是錯(cuò)誤的。我們也只能姑且這么認(rèn)為了。
補(bǔ)充:
對(duì)于用UNIX日志系統(tǒng)服務(wù)器的方法，連接端必須每個(gè)線程connect一次logsvr，這樣才能保證發(fā)過來的日志數(shù)據(jù)不互相錯(cuò)亂，保證原子性；此時(shí)logsvr只要用reactor方法來處理每個(gè)線程的連接就好，把這些fd放到隊(duì)列里輪流處理，寫文件，也保證了寫文件的原子性。
實(shí)際上日志服務(wù)器一般都是用UDP來完成的。
總結(jié)：
希望本文介紹的Linux命令中write調(diào)用的原子性的內(nèi)容能夠?qū)ψx者有所幫助，更多有關(guān)linux系統(tǒng)的知識(shí)還有待于讀者去探索和學(xué)習(xí)。
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