UNIX的read()/write()在向设备发送数据时的原子性

Question

当在/dev设备上直接写入时，我会打开一个文件描述符并执行UNIX write()，然后再执行read()。如果多个线程同时进入write()函数，是否可以使用相同的文件描述符，以避免混乱的数据？

参考std文档将非常有帮助。我一直没有找到任何东西。有人提到这样的操作在内核中是原子性的，但我持怀疑态度。

此外，为了澄清，这是在/dev中的一个文件，因此，关于“文件指针”概念在这里适用的程度的任何见解都是有用的。

- wlformyd

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这个问题与你的相关。 - jxh

是的，我明白在常规文件上执行此操作会更改文件指针，可能会混淆事情。但这不是一个文件，而是位于/dev中的设备。 - wlformyd

如果由多个线程输入，设备驱动程序本身必须确保状态保持一致。这就是文件系统中“读/写”所做的事情。 - jxh

Answer 1

文件指针（例如FILE *fp）是用户端代码中位于函数调用（如write()）之上的一层。在线程环境中，对fp的访问由锁控制（不能同时有两个线程修改同一结构）。

在内核中，我期望会对文件描述符（和/或“打开文件描述符”）进行锁定，以防止其被两个线程同时使用。

您可以查阅POSIX规范read()和getchar_unlocked()，了解更多关于锁定等方面的信息 - 至少对于符合POSIX标准的实现。

请注意，POSIX仍然使用C99。因此，它不认识C11线程设施。C11标准没有read()等（使用文件描述符的文件I/O），因此它对这些系统调用没有任何说明。它也没有提供getchar_unlocked()或任何相关函数。

- Jonathan Leffler

Answer 2

注意：我已经有一段时间没有涉及内核了，但这是它过去的工作方式。

对于磁盘文件： 您能以追加模式打开文件，并编写块大小<= BLKSIZE吗？

在POSIX环境中，足够小的块大小保证原子写入（实际上，限制可能大于BLKSIZE...我懒得寻找替代符号）。

追加保证寻求到文件的末尾...对于支持寻求的设备。与原子写入结合使用，您应该很好。

每个缓冲区必须独立存在，假设后面可能会跟随某些“外来”信息。

对于ttys： 追加模式在这里没有意义。与之前一样，但是更加注意行结束很重要。这与读取非常不相关。ttys处理为控制序列的代码也可能会使您出错，即使启用序列的模式分割成块。

对于其他设备： 这里可能会变得棘手。这取决于设备。

- Gilbert

Answer 3

我假设你指的是通用字符设备（例如tty），因为你没有具体说明。据我所知，每个fd类型操作（例如read（）/write（））直接映射到驱动程序的调用。

因此，驱动程序将作为整体接收每个write（）的数据块，并且在完成之前不会看到下一个数据块（例如，数据排队等待传输）。

但是，如果驱动程序不能一次消耗整个数据块（即write（）返回少于指定字节数），则不能保证线程能够在另一个线程执行不同的write（）之前再次写入剩余部分。

此外，正如Johnathan Leffler所指出的那样，如果您使用具有进程级缓冲区的标准I / O，则所有赌注都关闭了。

最重要的是，如果您使用直接fd写入，则每次写入将直接映射到一个驱动程序函数调用。从那里开始，驱动程序决定write是否是原子性的。

编辑：wlformyd提出了多个处理器上多个线程之间的锁定问题。据我所知，在FD上没有锁定，实际上这将是无效的，因为可以使用多个FD来访问相同的设备。

我认为驱动程序本身需要进行锁定，以防止对内部队列和/或硬件的争用。在这种意义上，在多处理器系统上，内核不会阻止对驱动程序写例程的多个同时访问。但是，一个正确编写的驱动程序应该进行锁定，以防止两个写调用之间的输出混合。

- DoxyLover

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那么，当sys_write调用驱动程序的write函数时，它会锁定文件描述符，因此操作的这一部分是原子性的。正确吗？ - wlformyd