所謂原子性操作指的是：內核保證某系統調用中的所有步驟（操作）作為獨立操作而一次性加以執行，其間不會被其他進程或線程所中斷。

舉個通俗點的例子：你和女朋友OOXX的時候，突然來了個電話，勢必會打斷你們高潮的興致，最好的辦法就是，你們做這事的時候，把通訊設備關機，就能確保，這次的事情很圓滿的完成，這就是一次原子性操作。

在多進程IO過程中，如果操作不具有原子性，就可能會導致數據混亂，相互覆蓋等情況。這種現象也叫競爭狀態。

所謂競爭狀態指的是：操作共享資源的兩個進程（或線程），其結果取決于一個無法預期的順序，因為進程獲取的cpu執行時間是不確定的。

1,假想的，以獨占方式創建一個文件

下面這段代碼，用open和O_CREAT標志演示一個獨占方式創建文件， 什么叫獨占方式創建文件？? 就是該進程始終認為這個文件是他打開的，或者是他創建的

1 /*================================================================ 2 * Copyright (C) 2018 . All rights reserved. 3 * 4 * 文件名稱：bad_exclusive_open.c 5 * 創 建 者：ghostwu(吳華) 6 * 創建日期：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, 結束睡眠\n", getpid() ); 37 //其他錯誤原因，導致文件打開失敗 38 if( errno != ENOENT ) { 39 perror( "open" ); 40 exit( -1 ); 41 }else { 42 //文件不存在　導致文件打開失敗 43 fd = open( argv[1], O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR ); 44 if( fd < 0 ) { 45 printf( "文件%s創建失敗\n", argv[1] ); 46 exit( -1 ); 47 } 48 printf( "文件%s,創建并打開成功:fd=%d\n", argv[1], fd ); 49 printf( "進程id=%d\n", getpid() ); 50 close( fd ); 51 } 52 }else { 53 printf( "文件%s,打開成功:fd=%d\n", argv[1], fd ); 54 printf( "進程id=%d\n", getpid() ); 55 close( fd ); 56 } 57 58 59 return 0; 60 } View Code

假如，我們要創建一個不存在的test.txt文件。

為了演示方便，在程序第一次判斷文件不存在的情況下，讓進程掛起( sleep 5 )交出cpu的執行時間，這個時候，我們可以這樣測試，兩種方法：

1，在另一個終端，登錄另一個賬戶(如root賬戶)，創建test.txt文件

2，在另一個終端，再開啟一個進程

方法一：用shell腳本創建一個test.txt，并賦予其他組的權限為rw

createfile.sh

1 #!/bin/bash 2 #創建文件,并改變權限配合測試 3 4 touch test.txt 5 sudo chmod a+rw test.txt

實驗結果：左邊的進程依然認為這個文件是他創建并打開的!

方法二，在另一個終端，再開一個進程測試?

兩個進程都認為，test.txt是他們自己創建并打開的

2，如何保證獨占方式創建一個文件?

?非常簡單，只需要把加一個標志O_EXCL，結合O_CREAT

fd = open( argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR );

再次按照上面的2種方式測試，得到的結果就是：

如果在sleep期間，別的進程創建了文件，那么該進程會報錯

3，seek與write結合，產生相互覆蓋

1 /*================================================================ 2 * Copyright (C) 2018 . All rights reserved. 3 * 4 * 文件名稱：seek_file.c 5 * 創 建 者：ghostwu(吳華) 6 * 創建日期：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( "必須以w開頭\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打開失敗\n", argv[1] ); 42 exit( -1 ); 43 } 44 45 if ( -1 == lseek( fd, 0, SEEK_END ) ) { 46 printf( "指針移動到尾部失敗\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( "文件寫入失敗\n" ); 60 exit( -1 ); 61 } 62 printf( "pid=%d,向文件%s寫入了%ld個字節\n", getpid(), argv[1], nwrite ); 63 64 return 0; 65 } View Code

如果第一個進程執行到seek與write之間，交出 cpu, 被執行相同代碼的第二個進程中斷，那么這兩個進程在寫入數據前都把指針移動到相同的位置，如果一個進程先完成，那么后一個進程會覆蓋前面進程寫入的數據

試驗結果：

第二個進程后結束： 第一個進程寫入的123被第二個進程的4567覆蓋，產生結果 4567

第一個進程后結束：第一個進程寫入的4567被第二個進程的123覆蓋，產生結果 1237

如何避免數據覆蓋？打開文件時候，加入O_APPEND標志

fd = open( argv[1], O_RDWR | O_APPEND );

?

?

總結：

1）理解原子性操作

2）理解標志O_CREAT與O_EXCL結合的意義

3）理解O_APPEND標志

4）理解競爭狀態

??

轉載于:https://www.cnblogs.com/ghostwu/p/8267634.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux系统编程：IO读写过程的原子性操作实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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