Linux 中进程之间的 write(2)/read(2) 原子性

Question

我有一个案例，有两个进程作用于同一个文件 - 一个作为写入器，一个作为读取器。该文件是一行文本文件，编写器在循环中重写该行。读者阅读该行。伪代码如下所示：

写入程序

char buf[][18] = {
"xxxxxxxxxxxxxxxx",
"yyyyyyyyyyyyyyyy"
};
i = 0;
while (1) {
 pwrite(fd, buf[i], 18, 0);
 i = (i + 1) % 2;
}

读者进程

while(1) {
  pread(fd, readbuf, 18, 0);
  //check if readbuf is either buf[0] or buf[1]
}

运行这两个进程一段时间后，我可以看到readbuf是xxxxxxxxxxxxxxxxyy或yyyyyyyyyyyyyyyyxx。

我的理解是对于最大 512 字节的写入将是原子的。但从我的实验来看，原子性似乎只针对 16 个字节。

手册页没有提及任何关于普通文件的原子性，它只提到了 512 字节的管道原子性。

我已经用 tmpfs 和 ext4 尝试过，结果是相同的。使用O_SYNCext4 写入变得原子，我理解它，因为写入在到达磁盘之前不会返回，但O_SYNC对 tmpfs ( ) 没有帮助/dev/shm。

Answer 1

POSIX 不为管道上的写入提供任何原子操作的最低保证read（write其中最多PIPE_BUF(\xe2\x89\xa5 512) 字节的写入保证是原子性的，但读取没有原子性保证） 。read和的操作write是用字节值来描述的；除了管道之外，write与围绕单字节操作的循环相比，操作不提供额外的保证write。

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我不知道 Linux 会提供任何额外的保证，无论是 16 还是 512。实际上，我希望它取决于内核版本、文件系统以及可能的其他因素，例如底层块设备、CPU 数量、CPU 架构等。

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、O_SYNC和保证（同步 I/O 数据完整性完成O_RSYNC，在 POSIX 的可选SIO功能中给出和）不是您所需要的。它们保证在或系统调用之前将写入提交到持久存储，但不会对操作进行过程中启动的作出任何声明。O_DSYNCreadwritereadwritewriteread

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在您的场景中，读取和写入文件看起来不像正确的工具集。

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• 如果您只需要传输少量数据，请使用管道。不要太担心复制：在大多数处理或上下文切换的规模上，在内存中复制数据非常快。另外，Linux 在优化副本方面非常擅长。
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• 如果需要传输大量数据，则可能应该使用某种形式的内存映射：如果不需要磁盘备份，则使用共享内存段，或者mmap如果需要的话。这并不能神奇地解决原子性问题，但可能会提高适当同步机制的性能。要执行同步，有两种基本方法:\n\n
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  • 生产者将数据写入共享内存，然后向消费者发送通知，准确指示哪些数据可用。消费者仅根据请求处理数据。该通知可以使用相同的通道（例如mmap+ msync）或不同的通道（例如管道）。
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  • 生产者将数据写入共享内存，然后刷新写入（例如msync）。然后，生产者将一个众所周知的值写入一个机器字（ asig_atomic_t通常会起作用，尽管它的原子性仅在信号 \xe2\x80\x94\xc2\xa0 或实际上 a 上得到正式保证uintptr_t）。消费者读取该一个机器字，并且仅在该字具有可接受的值时才处理相应的数据。
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