多线程和多进程情况下，fprintf函数的行为如何？

Question

这里有两个多线程的进程 a 和 b。

1. a 分叉（fork） b，并且 b 立刻执行一个新程序；
2. a 使用 dup 和 freopen 把 stderr 重定向到日志文件中（a 实际上是 Apache 的 httpd2.22）；
3. b 继承了来自 a 打开的 stderr。 （我正在修改 Apache httpd， b 是我的程序），因此 b 使用 fprintf(stderr....) 记录日志；
4. 所以，a 和 b 共享同一个日志文件；
5. 没有锁机制可以防止 a 和 b 写入日志时互相干扰；

我发现一些日志信息交错，且有一些日志信息丢失。

这两个写入同一文件的进程是否会隐式地将彼此锁定？

更重要的问题是：如果我们只在一个单独的多线程进程内使用 fprintf，那么 fprintf 就是线程安全的，即一个 fprintf 调用不会干扰另一个线程中的 fprintf 调用吗？许多文章都这么说，但我自己难以确保，所以在这里寻求帮助。

A：复制文件描述符的代码如下：

......
rv = apr_file_dup2(stderr_log, s_main->error_log, stderr_p);//dup the stderr to the logfile
apr_file_close(s_main->error_log);//here ,2 fd point to the same file description,so close one of 

那么

B:apache本身使用这种方式进行日志记录:

......
if (rv != APR_SUCCESS) {
    ap_log_error(APLOG_MARK, APLOG_CRIT, rv, s_main, ".........");

为了方便起见，我用以下方式登录：

fprintf(stderr,".....\n")

我相信 Apache 和我使用同一个文件描述符进行文件写入。

- basketballnewbie

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最好是发布实际的代码，而不是代码的描述。 - Sander De Dycker

这是一个非常长的程序，我的fprintf散布在这里和那里。我会在apache2中找到重复将stderr传输到error.log的代码，然后在这里发布它们。 - basketballnewbie

请问，我的积分因为这个原因被扣除了吗？ - basketballnewbie

Answer 1

如果您正在使用单个FILE对象执行打开文件的输出，则对该FILE进行的整个fprintf调用将是原子的，即在fprintf调用期间保持FILE上的锁定。由于FILE局限于单个进程的地址空间，因此这种设置仅适用于多线程应用程序；它不适用于多进程设置，其中多个不同的进程正在访问引用相同底层打开文件的各个FILE对象。即使在这里使用fprintf，每个进程也有自己的FILE可以锁定和解锁，而其他进程看不到更改，因此写入可能会交错。有几种方法可以防止这种情况发生：

1. 在共享内存中分配同步对象（例如进程共享信号量或互斥体）并使每个进程在写入文件之前获取锁定（因此一次只能有一个进程写入）；或

2. 使用文件系统级别的咨询锁定，例如fcntl锁定或（非POSIX）BSD flock接口；或

3. 而不是直接写入日志文件，请写入另一个进程将进入日志文件的管道。只要写入小于PIPE_BUF字节长，就可以保证对管道的写入是原子的（由POSIX保证）。在这种情况下，您不能使用fprintf（因为它可能执行多个底层写操作），但是您可以使用snprintf到一个PIPE_BUF大小的缓冲区，然后是write。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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一根管道只能有一个写端和一个读端。因此，一根管道只能在两个进程之间使用。如果我为日志设置了一个专用的进程，然后再设置多于两个的工作进程，每个工作进程都必须创建一个管道，并通过这个管道将日志消息传递给日志进程。因此，这些管道彼此独立，即使没有POSIX的保证，这些管道中的内容也不会被其他工作进程交错。而且，保证从多个管道接收到的消息不会被交错是日志进程的责任。没错吧？谢谢。 - basketballnewbie

@ybungalobill：不对。write 可以返回一个小于 nbytes 的值（短写）。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@R..GitHubSTOPHELPINGICE：当你写入普通文件时，不会发生这种情况：https://dev59.com/bXM_5IYBdhLWcg3w9oMA#35256561 - Yakov Galka

@ybungalobill：我相信你（和那个答案）说的标准要求（以及所提到的操作系统遵守）操作的原子性，但我不明白它在哪里禁止了成功的短写入。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@ybungalobill：它绝对不能将文件位置增加1000字节，但只写入100字节并返回100。这将破坏所有现有代码，这些代码通过重新启动剩余长度来正确处理短写入，特别是由于在写入完整长度之前到达信号而导致的短写入。（这通常不是常规文件的问题，因为它们进行非可中断睡眠、推迟信号，但对于所有其他类型和使用可中断选项挂载的NFS，则存在问题。） - R.. GitHub STOP HELPING ICE