Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

На рис. 7.1 показан этот сценарий с блокировками в тот момент, когда программа переходит к ожиданию.

Рис. 7.1

Сама по себе эта программа не очень полезна. Вам нужна вторая программа lock4.c для тестирования блокировок (упражнение 7.10).

Упражнение 7.10. Тестирование блокировок файла

В этом примере вы напишете программу, проверяющую блокировки разных типов, установленные для различных участков файла.

1. Как обычно, начнем с заголовочных файлов и объявлений:

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

const char *test_file = "/tmp/test_lock";

#define SIZE_TO_TRY 5

void show_lock_info(struct flock *to_show);

int main() {

 int file_desc;

 int res;

 struct flock region_to_test;

 int start_byte;

2. Откройте дескриптор файла:

 file_desc = open(test_file, O_RDWR | O_CREAT, 0666);

 if (!file_desc) {

  fprintf(stderr, "Unable to open %s for read/write", test_file);

  exit(EXIT_FAILURE);

 }

 for (start_byte = 0; start_byte < 99; start_byte += SIZE_TO_TRY) {

3. Задайте участок файла, который хотите проверить:

  region_to_test.l_type = F_WRLCK;

  region_to_test.l_whence = SEEK_SET;

  region_to_test.lstart = start_byte;

  region_to_test.l_len = SIZE_TO_TRY;

  region_to_test.l_pid = -1;

  printf("Testing F_WRLCK on region from %d to %d\n", start_byte, start_byte + SIZE_TO_TRY);

4. Теперь проверьте блокировку файла:

  res = fcntl(file_desc, F_GETLK, &region_to_test);

  if (res == -1) {

   fprintf(stderr, "F_GETLK failed\n");

   exit(EXIT_FAILURE);

  }

  if (region_to_test.l_pid != -1) {

   printf("Lock would fail. F_GETLK returned:\n");

   showlockinfo(&region_to_test);

  } else {

   printf("F_WRLCK - Lock would succeed\n");

  }

5. Далее повторите тест с разделяемой блокировкой (на чтение). Снова задайте участок файла, который хотите проверить:

  region_to_test.l_type = F_RDLCK;

  region_to_test.l_whence = SEEK_SET;

  region_to_test.l_start = start_byte;

  region_to_test.l_len = SIZE_TO_TRY;

  region_to_test.l_pid = -1;

  printf("Testing F_RDLCK on region from %d to %d\n", start_byte, start_byte + SIZE_TO_TRY);

6. Еще раз проверьте блокировку файла:

  res = fcntl(file_desc, F_GETLK, &region_to_test);

  if (res == -1) {

   fprintf(stderr, "F_GETLK failed\n");

   exit(EXIT_FAILURE);

  }

  if (region_to_test.l_pid != -1) {

   printf("Lock would fail. F_GETLK returned:\n");

   show_lock_info(&region_to_test);

  } else {

   printf("F_RDLCK — Lock would succeed\n");

  }

 }

 close(file_desc);

 exit(EXIT_SUCCESS);

}

void show_lock_info(struct flock *to_show) {

 printf("\tl_type %d, ", to_show->l_type);

 printf("l_whence %d, ", to_show->l_whence);

 printf("l_start %d, (int)to_show->l_start);

 printf("l_len %d, ", (int)to_show->l_len);

 printf("l_pid %d\n", to_show->l_pid);

}

Для проверки блокировки сначала запустите программу lock3, затем выполните программу lock4, чтобы протестировать заблокированный файл. Сделайте это, запустив программу lock3 в фоновом режиме с помощью следующей команды:

$ ./lock3 &

$ process 1534 locking file

На экране появится приглашение для ввода команд, поскольку lock3 выполняется в фоновом режиме. Далее сразу же запустите программу lock4 с помощью следующей команды:

$ ./lock4

Вы получите вывод, приведенный далее с некоторыми пропусками для краткости:

Testing F_WRLCK on region from 0 to 5

F_WRLCK — Lock would succeed

Testing F_RDLCK on region from 0 to 5

F_RDLCK - Lock would succeed

...

Testing F_WRLCK on region from 10 to 15

Lock would fail. F_GETLK returned:

l_type 0, l_whence 0, l_start 10, l_len 20, l_pid 1534

Testing F_RDLCK on region from 10 to 15

F_RDLCK — Lock would succeed

Testing F_WRLCK on region from 15 to 20

Lock would fail. F_GETLK returned:

l_type 0, l_whence 0, l_start 10, l_len 20, l_pid 1534

Testing F_RDLCK on region from 15 to 20

F_RDLCK — Lock would succeed

...

Testing F_WRLCK on region from 25 to 30

Lock would fail. F_GETLK returned:

l_type 0, l_whence 0, l_start 10, l_len 20, l_pid 1534

Testing F_RDLCK on region from 25 to 30

F_RDLCK — Lock would succeed

...

Testing F_WRLCK on region from 40 to 45

Lock would fail. F_GETLK returned:

l_type 1, l_whence 0, l_start 40, l_len 10, l_pid 1534

Testing F_RDLCK on region from 40 to 45

Lock would fail. F_GETLK returned:

l_type 1, l_whence 0, l_start 40, l_len 10, l_pid 1534

...

Testing F_RDLCK on region from 95 to 100

F_RDLCK - Lock would succeed

Как это работает

Для каждой группы из пяти байтов в файле программа lock4 задает структуру участка файла для тестирования блокировок, которую она потом применяет для определения того, может ли этот участок быть заблокирован для чтения или записи. Возвращаемая информация показывает байты, относящиеся к участку файла, смещение от нулевого байта, которое могло бы вызвать аварийное завершение запроса на блокировку. Поскольку поле l_pid возвращаемой структуры содержит идентификатор программы, владеющей в данный момент заблокированным файлом, программа задает ему значение -1 (некорректное значение) и затем проверяет, изменилось ли оно после завершения вызова fcntl. Если участок в данный момент не заблокирован, поле l_pid не изменится.

Для того чтобы понять вывод, следует заглянуть в заголовочный файл fcntl.h (обычно /usr/include/fcntl.h) и увидеть, что поле l_type, равное 1, вытекает из определения F_WRLCK как 1, а равное 0 из определения F_RDLCK как 0. Таким образом, поле l_type, равное 1, говорит о том, что блокировка не будет установлена, поскольку существует блокировка на запись, а поле l_type, равное 0, свидетельствует о существовании блокировки на чтение. Для тех участков файла, которые не заблокировала программа lock3, могут быть установлены и разделяемая, и исключительная блокировки.

Для байтов с 10-го по 30-й возможна установка разделяемой блокировки, поскольку блокировка, установленная программой lock3, не исключительная, а разделяемая. Для участка с 40-го по 50-й байт нельзя установить оба типа блокировки, поскольку lock3 задала исключительную (F_WRLCK) блокировку для этого участка.

После завершения программы lock4 необходимо немного подождать, чтобы программа lock3 завершила вызов sleep и закончила выполнение.

Конкурирующие блокировки

Теперь, когда вы увидели, как проверять существующие блокировки файла, давайте посмотрим, что произойдет, когда две программы состязаются за получение блокировки для одного и того же участка файла. Вы воспользуетесь снова программой lock3 для блокировки файла и новой программой lock5 для попытки установить новую блокировку файла. В завершение вы добавите в программу lock5 несколько вызовов для снятия блокировки (упражнение 7.11).

Упражнение 7.11. Конкурирующие блокировки

Далее приведена программа lock5.с, которая пытается заблокировать уже заблокированные участки файла вместо того, чтобы проверить состояние блокировки других частей файла.

После директив #include и объявлений откройте дескриптор файла.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

const char *test_file = "/tmp/test_lock";

int main() {

 int file_desc;

 struct flock region_to_lock;

 int res;

 file_desc = open(test_file, O_RDWR | O_CREAT, 0666);

 if (!file_desc) {

  fprintf(stderr, "Unable to open %s for read/write\n", test_file);

  exit(EXIT_FAILURE);

 }

В оставшейся части программы задаются разные участки файла, и делается попытка установить для них блокировки разных типов:

 region_to_lock.l_type = F_RDLCK;

 region_to_lock.l_whence = SEEK_SET;

 region_to_lock.l_start = 10;

 region_to_lock.l_len = 5;

 printf("Process %d, trying F_RDLCK, region %d to %d\n", getpid(), (int)region_to_lock.l_start,

  (int)(region_to_lock.l_start + region_to_lock.l_len));

 res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_to_lock);

 if (res == -1) {

  printf("Process %d - failed to lock region\n", getpid());

 } else {

  printf("Process %d — obtained lock region\n", getpid());

 }

 region_to_lock.l_type = F_UNLCK;

 region_to_lock.l_whence = SEEK_SET;

 region_to_lock.l_start = 10;

 region_to_lock.l_len = 5;

 printf("Process %d, trying F_UNLCK, region %d to %d\n", getpid(), (int)region_to_lock.l_start,

  (int)(region_to_lock.l_start + region_to_lock.l_len));

 res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_to_lock);

 if (res == -1) {

  printf("Process %d — failed to unlock region\n", getpid());

 } else {

  printf("Process %d — unlocked region\n", getpid());

 }

 region_to_lock.l_type = F_UNLCK;

 region_to_lock.l_whence = SEEK_SET;

 region_to_lock.l_start = 0;

 region_to_lock.l_len = 50;

 printf("Process %d, trying F_UNLCK, region %d to %d\n", getpid()", (int)region_to_lock.l_start,

  (int)(region_to_lock.l_start + region_to_lock.l_len));