1月 2013

ファイルとレコードのロックの使用

UNIX のロック機能を使用すると、デッドロックを検出および防止できます。デッドロックが発生する可能性があるのは、システムがレコードロックインタフェースを休眠させようとするときだけです。このとき、2 つのプロセスがデッドロック状態であるかどうかを判断する検索が行われます。潜在的なデッドロックが検出されると、ロックインタフェースは失敗し、デッドロックを示す値が errno に設定されます。F_SETLK を使用してロックを設定するプロセスは、ロックがすぐに取得できなくても、それを待たないので、デッドロックは発生しません。

事務処理に必須の「ファイル・ロッキング」

F_RDLCK リードロック read lock (シェアードロック shared lock)
F_WRLCK ライトロック write lock (排他ロック exclusive lock)
F_UNLCK アンロック (上記ふたつのロックを解除)

F_WRLCK は、ファイルの特定の領域を、ひとつのプロセスだけがロック可能にするためのもので、これは排他制御そのものですから、「排他ロック」(exclusive lock)と呼ばれることがあります。前記の creat(), link(), open() を使った方式に比べて、ファイルの更新に必要な一部分だけをロックすることができるため、更新の場所が違う限り、複数のプロセスが同時に同じファイルにアクセスすることが可能で、データ処理の効率が良くなります。F_WRLCK は、対象とするファイルに、書き込みのためのパーミションを必要とします。

F_RDLCK の方は、通常、ファイルの読み取りに使用され、ファイルの更新を禁止します。この場合は、既に他のプロセスが F_RDLCK した部分に、オーバーラップした F_RDLCK をかけることができます。F_WRLCK された部分に F_RDLCK をかけることはできません。
また、F_RDLCK された部分に、F_WRLCKをかけることもできません。書き込みのためのロックと違って、ファイルのロックされた部分を、読み込みを行う複数のプロセスが共有することができるため、「シェアードロック」(shared lock) と呼ばれることがあります。もちろん、これを使うためにはリードのパーミションが必要です。

IPC: ファイル・ロック
アドバイザリロックと強制ロックの選択

サンプルコード

アドバイザリロック
fcntl(2)
flock_sample1-1.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main()
{
    struct flock fl1;
    struct flock fl2;
    int fd;

    fl1.l_type   = F_WRLCK;
    fl1.l_whence = SEEK_SET;
    fl1.l_start  = 0;
    fl1.l_len    = 1;
    fl1.l_pid    = getpid();

    fl2.l_type   = F_WRLCK;
    fl2.l_whence = SEEK_SET;
    fl2.l_start  = 1;
    fl2.l_len    = 1;
    fl2.l_pid    = getpid();

    if ((fd = open("lock.txt", O_RDWR)) == -1) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("Press  to try to get lock(1): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(1).");

    printf("Press  to try to get lock(2): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(2).");

    printf("Press  to release lock(2): ");
    getchar();

    fl2.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }


    puts("Unlocked(2).");

    printf("Press  to release lock(1): ");
    getchar();

    fl1.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Unlocked(1).");

    close(fd);

    return 0;
}

flock_sample1-2.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main()
{
    struct flock fl1;
    struct flock fl2;
    int fd;

    fl1.l_type   = F_WRLCK;
    fl1.l_whence = SEEK_SET;
    fl1.l_start  = 0;
    fl1.l_len    = 1;
    fl1.l_pid    = getpid();

    fl2.l_type   = F_WRLCK;
    fl2.l_whence = SEEK_SET;
    fl2.l_start  = 1;
    fl2.l_len    = 1;
    fl2.l_pid    = getpid();

    if ((fd = open("lock.txt", O_RDWR)) == -1) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("Press  to try to get lock(2): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(2).");

    printf("Press  to try to get lock(1): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(1).");

    printf("Press  to release lock(1): ");
    getchar();

    fl1.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }


    puts("Unlocked(1).");

    printf("Press  to release lock(2): ");
    getchar();

    fl2.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Unlocked(2).");

    close(fd);

    return 0;
}

実行例

# ./flock_sample1-1
Press  to try to get lock(1):
waiting...Locked(1).
Press  to try to get lock(2):
waiting...Locked(2).
Press  to release lock(2):
Unlocked(2).
Press  to release lock(1):
Unlocked(1).

# ./flock_sample1-2
Press  to try to get lock(2):
waiting...Locked(2).
Press  to try to get lock(1):
fcntl: Deadlock situation detected/avoided

Deadlock situation detected/avoided

原因
プログラミングのデッドロック状態が検出され、回避されました。

対処方法
システムがデッドロックを検出し回避しなかった場合は、ソフトウェアの一部がハングします。そのプログラムを再度実行してください。デッドロックが再び起こることはないかもしれません。

テクニカルノート
このエラーは、通常、ファイルとレコードのロックに関連しています。ただし、mutex、セマフォ、条件変数、読み取り/書き込みロックが対象になる場合もあります。

このエラーの記号名は、EDEADLK、errno=45 です。

強制ロック
read(2), write(2)
flock_sample2-1.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    struct flock fl1;
    struct flock fl2;
    int fd;

    char buff[256] = "2222222222";
    ssize_t n;

    fl1.l_type   = F_WRLCK;
    fl1.l_whence = SEEK_SET;
    fl1.l_start  = 0;
    fl1.l_len    = 10;
    fl1.l_pid    = getpid();

    fl2.l_type   = F_WRLCK;
    fl2.l_whence = SEEK_SET;
    fl2.l_start  = 10;
    fl2.l_len    = 10;
    fl2.l_pid    = getpid();

    if ((fd = open("sample.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0600)) == -1) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("Press  to try to get lock(1): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(1).");

    printf("Press  to try to read record(2): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    n = pread(fd, buff, fl2.l_len, fl2.l_start);
    if (n < 0) {
        printf("Read(2) fail. errno=%d\n", errno);
    } else {
        buff[n] = '\0';
        printf("Read(2) success. buff=\"%s\"\n", buff);
    }

    printf("Press  to release lock(1): ");
    getchar();

    fl1.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl1) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Unlocked(1).");

    close(fd);

    return 0;
}

flock_sample2-2.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    struct flock fl1;
    struct flock fl2;
    int fd;

    char buff[256] = "1111111111";
    ssize_t n;

    fl1.l_type   = F_WRLCK;
    fl1.l_whence = SEEK_SET;
    fl1.l_start  = 0;
    fl1.l_len    = 10;
    fl1.l_pid    = getpid();

    fl2.l_type   = F_WRLCK;
    fl2.l_whence = SEEK_SET;
    fl2.l_start  = 10;
    fl2.l_len    = 10;
    fl2.l_pid    = getpid();

    if ((fd = open("sample.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0600)) == -1) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("Press  to try to get lock(2): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Locked(2).");

    printf("Press  to try to write record(1): ");
    getchar();
    fputs("waiting...", stdout);

    n = pwrite(fd, buff, fl1.l_len, fl1.l_start);
    if (n < 0) {
        printf("Write(1) fail. errno=%d\n", errno);
    } else {
        buff[n] = '\0';
        printf("Write(1) success. buff=\"%s\"\n", buff);
    }

    printf("Press  to release lock(2): ");
    getchar();

    fl2.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl2) == -1) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }

    puts("Unlocked(2).");

    close(fd);

    return 0;
}

実行例

# chmod +l sample.txt
root@solaris11:~# ls -l sample.txt
-rw-r-lr--   1 root     root          31  1月 17日  08:02 sample.txt
# ./flock_sample2-1
Press  to try to get lock(1):     ★1. レコード１をロックする
waiting...Locked(1).
Press  to try to read record(2):  ★4. レコード２を読み込み
waiting...Read(2) fail. errno=45
Press  to release lock(1):
Unlocked(1).

# ./flock_sample2-2
Press  to try to get lock(2):     ★2. レコード２をロックする
waiting...Locked(2).
Press  to try to write record(1): ★3. レコード１に書き込み
waiting...Write(1) success. buff="1111111111"
Press  to release lock(2):
Unlocked(2).

flock_sample2-1 で sample.txt のレコード１(先頭から10文字)をロックする。
flock_sample2-2 でレコード２(10文字目から10文字)をロックする。
flock_sample2-2 でレコード１を書き込む。レコード１はflock_sample2-1でロックされていて書き込めない。writeはスリープしてロックの解除を待機する。
flock_sample2-1 でレコード２を読み込みむ。レコード２はflock_sample2-2でロックされているので読めない。lock_sample2-2は、flock_sample2-1が持つロックの解除を、スリープ状態で待っている。この状態で、flock_sample2-1がスリープ状態に入れば、デッドロックになる。そのためreadはEDEADLK(45)を返して失敗する。

Solaristic Days

デッドロック

サンプルコード