【Linux C编程-高级篇】换行回车探讨printf行缓冲write函数掉电保护线程安全相关

news2024/12/22 22:42:26

换行回车探讨

\r : 回车，定位到本行开头
\n : 换行，光标移到下一行
\r\n : 将光标移动到下一行开头
windows 下，每行结尾 \r\n
类unix，每行结尾 \n
Mac系统，每行结尾\r

\r\n，windows下好像改善了，使得Linux下文件即便只有\n在windows下也能正确显示

结论：统一用 \n 就可以

printf行缓冲

printf末尾不加\n就无法及时将信息输出到屏幕，是因为行缓冲的存在【windows上无，类unix上才有】
ANSI C中将 \n 认为是行刷新标记，printf函数直至行满或遇到\n才会自动刷新输出流。
要么在printf函数后加上\n，要么使用下面两种方式
- fflush ( stdout ); // 刷新标准输出缓冲区
- setvbuf ( stdout, nullptr, _IONBF, 0 ); // 禁止printf缓冲区【标准输出缓冲区】，使得printf直接输出

write()系统调用思考

多个进程同时调用write()往日志写数据：是否会造成数据混乱

多个进程同时调用write()往日志写数据是否会产生数据混乱？通过让父子进程同时在死循环内执行日志写测试进行测试。
多个进程同时写一个文件，可能会出现数据覆盖、混乱等情况，保证数据不混乱不覆盖需要以下几点：
- a) ngx_log.fd = open ( ( const char * ) plogname, O_WRONLY | O_APPEND | O_CREAT, 0644 );
  - O_APPEND 这个标记能保证多个进程操作同一个文件时不会相互覆盖
- b) 内核write()是系统调用，是原子操作，线程安全
- c) 父进程fork()产生的子进程，父子进程是亲缘关系，共享文件表项
资料：《Unix环境高级编程第三版》第三章：文件IO 3.10-3.12，涉及到了文件共享、原子操作以及函数dup、dup2的讲解
- 第八章：进程控制 8.3 涉及到了fork函数

write()写的安全问题：数据是否被成功写入磁盘

write和物理磁盘间，存在着程序缓冲区和内核缓冲区，write先将数据从程序缓冲区写入内核缓冲区，然后返回，内核会在一定时间后刷新一次内核缓冲，将内核缓冲数据实际写入到物理磁盘中，即数据在内核缓冲区没有写到磁盘之前，即便write函数返回，也不表示数据一定写到磁盘了

write_写磁盘.jpg

write_内核缓冲区.jpg

为了确保内核缓冲区数据能及时写入磁盘，内核设置了写入时间上限，当到达这个时间上限后，内核会将内核缓冲区的脏数据全部写入磁盘，这些跟脏数据、写入时间有关的文件在目录 /proc/sys/vm/dirty*
目前代码并没有强制写磁盘，后续会讲，所以还是存在突然断电数据没有写入磁盘的可能性

掉电导致write数据丢失破解法

O_DERICT、O_SYNC、缓存同步技术

O_DERICT: open参数，绕过内核缓冲区，直接访问物理磁盘，但是可想而知效率肯定低

write_掉电保护O_DIRECT.jpg

O_SYNC: open参数，同步选项，只对write有效，是每次write操作等待物理IO完成,将掉电等问题造成的损失减到最小

write_掉电保护O_SYNC.jpg

不管用哪个，都要注意：每次写磁盘数据，务必要大块大块写，一般512-4k 4k写；【一个扇区是512B】，不要每次写几个字节，否则会被抽死******

前两个方法都不推荐，因为实时写入磁盘的方式都很慢，且违背 了操作系统设置 内核缓冲区的初衷

缓存同步：尽量保证缓存数据和写到磁盘上的数据一致
- sync(void): 将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后返回，并不等待实际写磁盘操作结束，数据是否写入磁盘没有保证
- fsync(int fd): 将fd对应的文件的块缓冲区立即写入磁盘，并等待实际写磁盘操作结束返回**********
- fdatasync(int fd): 类似于fsync，但只影响文件的数据部分。而fsync除数据外，还会同步更新文件属性【文件属性和文件数据是分开存放在两个文件的，所以fdatasync要比fsync快，不关心文件属性时可以使用fdatasync】

fsync( int fd ) 的正确使用姿势

  假设整个文件4M，先执行1000次write(4k)
  再执行1次fsync ( fd )

对于我们写的小的日志系统，没必要动用缓存同步技术，即便断电丢失几条日志也不是很重要

所以日志中只用write就足够了，而且随着win系统的发展，基本上write后去查看磁盘的时候已经写入了

应对掉电问题的方法，在大型数据库文件中需要特别注意，此时就需要用到缓存同步技术

标准IO库

// fopen, flose
// fread, fwrite
// fflush
// fseek
// fgetc, getc, getchar
// fputc, put, putchar
// fgets, gets
// printf, fprintf, sprintf
// scanf, fscanf, sscanf

fwrite 与 write 区别：