fwrite函数的用法示例

Linux下的文件操作,有人喜欢用C库的文件流操作,有人喜欢用Linux的原生的系统调用。一般来说,C库的文件操作会更高效一些,因为C库自己做了文件缓存的处理。今天,主要研究多线程下的fwrite与write,每个线程都对相同的FILE*或者fd进行写操作,看看结果是否为预期行为。

第一种情况:使用C库的fwrite,其线程的实现如下:

第二种情况:使用系统调用write,其线程的实现如下:

下面看主线程的实现:

其中LOOPS定义为1000000。也就是说,线程1~3分别写入"aaaaaan",“bbbbbbn”,和"ccccccn"各一百万次。如果写入文件的操作是“线程安全”的,那么最终的文件行数应该是3百万行,且每行只可能是"aaaaaa"、“bbbbbb”、和"cccccc"的一种。

接下来看测试结果:

1、定义了宏USE_CLIB,即使用C库的fwrite,其结果如下:

2、注释掉红USE_CLIB,即直接使用系统调用write,其结果如下:

从上面的测试结果看,无论是C库的fwrite还是系统调用的write都可以保证输出不会混杂——即多线程的输出不会混在一起,但是使用系统调用write时,最终的文件行数是非预期的,远小于总数3百万行。也就证明了,write系统调用是非“线程安全”的。多线程下,其输出会互相覆盖。而C库的fwrite是线程安全的函数。

为什么结果是这样的?我们先看fwrite的实现:

在fwrite内部,其使用一个lock保证操作的串行化,从而实现线程安全。

而write的实现,见下图:

在写入之前,使用file_pos_read拿到偏移。如果在多核多线程的情况下,两个核心可能同时陷入内核态,同时获得文件的当前偏移,其值必然是相等的。于是两个线程往同一个偏移写入了数据。最后导致文件的实际大小,并不是预期大小。

最后总结:

C库的fwrite是线程安全函数,而系统调用write则需要额外的标志位O_APPEND做追加写,来保证偏移的不重叠,实现预期的并发写入 —— 大家可以通过修改下面的测试代码,在自己的环境中测试。

#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>//#define USE_CLIB#defineTEST_FILE "./tmp.txt"#defineLOOPS (1000000)#ifdefUSE_CLIBstructthr_data{FILE *fp; constchar*data; }; staticvoid* write_data(void*data){ structthr_data*d;size_tlen; inti; d = data; len = strlen(d->data); for(i = 0; i < LOOPS; ++i) { fwrite(d->data, len, 1, d->fp); } returnNULL; } #elsestructthr_data{intfd; constchar*data; }; staticvoid*write_data(void*data){ structthr_data*d;inti; size_tlen; d = data; len = strlen(d->data); for(i = 0; i < LOOPS; ++i) { write(d->fd, d->data, len); } returnNULL; } #endifintmain(void){ pthread_tt1, t2, t3; structthr_datad1, d2, d3;#ifdefUSE_CLIBFILE *fp = fopen(TEST_FILE, "w"); d1.fp = d2.fp = d3.fp = fp; #else//int fd = open(TEST_FILE, O_WRONLY|O_TRUNC);intfd = open(TEST_FILE, O_WRONLY|O_TRUNC|O_APPEND); d1.fd = d2.fd = d3.fd = fd; #endifd1.data = "aaaaaan"; d2.data = "bbbbbbn"; d3.data = "ccccccn"; pthread_create(&t1, NULL, write_data, &d1); pthread_create(&t2, NULL, write_data, &d2); pthread_create(&t3, NULL, write_data, &d3); pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); pthread_join(t3, NULL); #ifdefUSE_CLIBfclose(fp); #elseclose(fd); #endifreturn0; }

fwrite函数的用法示例