文件I/O編程之文件讀寫(xiě)及上鎖實(shí)驗(yàn)

　6.6 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　6.6.1 文件讀寫(xiě)及上鎖
　　1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 　　通過(guò)編寫(xiě)文件讀寫(xiě)及上鎖的程序，進(jìn)一步熟悉Linux中文件I/O相關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并且熟練掌握open（）、read（）、write（）、fcntl（）等函數(shù)的使用。
　　2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　在Linux中FIFO是一種進(jìn)程之間的管道通信機(jī)制。Linux支持完整的FIFO通信機(jī)制。
　　本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較有趣，通過(guò)使用文件操作，仿真FIFO（先進(jìn)先出）結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)者-消費(fèi)者運(yùn)行模型。
　　本實(shí)驗(yàn)中需要打開(kāi)兩個(gè)虛擬終端，分別運(yùn)行生產(chǎn)者程序（producer）和消費(fèi)者程序（customer）。此時(shí)兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)同一個(gè)文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作。因?yàn)檫@個(gè)文件是臨界資源，所以可以使用文件鎖機(jī)制來(lái)保證兩個(gè)進(jìn)程對(duì)文件的訪問(wèn)都是原子操作。
　　先啟動(dòng)生產(chǎn)者進(jìn)程，它負(fù)責(zé)創(chuàng)建仿真FIFO結(jié)構(gòu)的文件（其實(shí)是一個(gè)普通文件）并投入生產(chǎn)，就是按照給定的時(shí)間間隔，向FIFO文件寫(xiě)入自動(dòng)生成的字符（在程序中用宏定義選擇使用數(shù)字還是使用英文字符），生產(chǎn)周期以及要生產(chǎn)的資源數(shù)通過(guò)參數(shù)傳遞給進(jìn)程（默認(rèn)生產(chǎn)周期為1s，要生產(chǎn)的資源數(shù)為10個(gè)字符）。
　　后啟動(dòng)的消費(fèi)者進(jìn)程按照給定的數(shù)目進(jìn)行消費(fèi)，首先從文件中讀取相應(yīng)數(shù)目的字符并在屏幕上顯示，然后從文件中刪除剛才消費(fèi)過(guò)的數(shù)據(jù)。為了仿真FIFO結(jié)構(gòu)，此時(shí)需要使用兩次復(fù)制來(lái)實(shí)現(xiàn)文件內(nèi)容的偏移。每次消費(fèi)的資源數(shù)通過(guò)參數(shù)傳遞給進(jìn)程，默認(rèn)值為10個(gè)字符。
　　3．實(shí)驗(yàn)步驟
　?。?）畫(huà)出實(shí)驗(yàn)流程圖。
　　本實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)程序的流程圖如圖6.4所示。
　　
　　圖6.4 節(jié)流程圖
　　（2）編寫(xiě)代碼。
　　本實(shí)驗(yàn)中的生產(chǎn)者程序的源代碼如下所示，其中用到的lock_set（）函數(shù)可參見(jiàn)第6.3.2節(jié)。
　　/* producer.c */
　　#include 《stdio.h》
　　#include 《unistd.h》
　　#include 《stdlib.h》
　　#include 《string.h》
　　#include 《fcntl.h》
　　#include “mylock.h”
　　#define MAXLEN 10 /* 緩沖區(qū)大小最大值*/
　　#define ALPHABET 1 /* 表示使用英文字符 */
　　#define ALPHABET_START ‘a(chǎn)’ /* 頭一個(gè)字符，可以用 ‘A’*/
　　#define COUNT_OF_ALPHABET 26 /* 字母字符的個(gè)數(shù) */
　　#define DIGIT 2 /* 表示使用數(shù)字字符 */
　　#define DIGIT_START ‘0’ /* 頭一個(gè)字符 */
　　#define COUNT_OF_DIGIT 10 /* 數(shù)字字符的個(gè)數(shù) */
　　#define SIGN_TYPE ALPHABET /* 本實(shí)例選用英文字符 */
　　const char *fifo_file = “。/myfifo”; /* 仿真FIFO文件名 */
　　char buff［MAXLEN］; /* 緩沖區(qū) */
　　/* 功能：生產(chǎn)一個(gè)字符并寫(xiě)入仿真FIFO文件中 */
　　int product（void）
　　{
　　int fd;
　　unsigned int sign_type， sign_start， sign_count， size;
　　static unsigned int counter = 0;
　　/* 打開(kāi)仿真FIFO文件 */
　　if （（fd = open（fifo_file， O_CREAT|O_RDWR|O_APPEND， 0644）） 《 0）
　　{
　　printf（“Open fifo file error\n”）;
　　exit（1）;
　　}
　　sign_type = SIGN_TYPE;
　　switch（sign_type）
　　{
　　case ALPHABET:/* 英文字符 */
　　{
　　sign_start = ALPHABET_START;
　　sign_count = COUNT_OF_ALPHABET;
　　}
　　break;
　　case DIGIT:/* 數(shù)字字符 */
　　{
　　sign_start = DIGIT_START;
　　sign_count = COUNT_OF_DIGIT;
　　}
　　break;
　　default：
　　{
　　return -1;
　　}
　　}/*end of switch*/
　　sprintf（buff， “%c”， （sign_start + counter））;
　　counter = （counter + 1） % sign_count;
　　lock_set（fd， F_WRLCK）; /* 上寫(xiě)鎖*/
　　if （（size = write（fd， buff， strlen（buff））） 《 0）
　　{
　　printf（“Producer： write error\n”）;
　　return -1;
　　}
　　lock_set（fd， F_UNLCK）; /* 解鎖 */
　　close（fd）;
　　return 0;
　　}
　　int main（int argc ，char *argv［］）
　　{
　　int time_step = 1; /* 生產(chǎn)周期 */
　　int time_life = 10; /* 需要生產(chǎn)的資源數(shù) */
　　if （argc 》 1）
　　{/* 第一個(gè)參數(shù)表示生產(chǎn)周期 */
　　sscanf（argv［1］， “%d”， &time_step）;
　　}
　　if （argc 》 2）
　　{/* 第二個(gè)參數(shù)表示需要生產(chǎn)的資源數(shù) */
　　sscanf（argv［2］， “%d”， &time_life）;
　　}
　　while （time_life--）
　　{
　　if （product（） 《 0）
　　{
　　break;
　　}
　　sleep（time_step）;
　　}
　　exit（EXIT_SUCCESS）;
　　}
　　本實(shí)驗(yàn)中的消費(fèi)者程序的源代碼如下所示。
　　/* customer.c */
　　#include 《stdio.h》
　　#include 《unistd.h》
　　#include 《stdlib.h》
　　#include 《fcntl.h》
　　#define MAX_FILE_SIZE 100 * 1024 * 1024 /* 100M*/
　　const char *fifo_file = “。/myfifo”; /* 仿真FIFO文件名 */
　　const char *tmp_file = “。/tmp”; /* 臨時(shí)文件名 */
　　/* 資源消費(fèi)函數(shù) */
　　int customing（const char *myfifo， int need）
　　{
　　int fd;
　　char buff;
　　int counter = 0;
　　if （（fd = open（myfifo， O_RDONLY）） 《 0）
　　{
　　printf（“Function customing error\n”）;
　　return -1;
　　}
　　printf（“Enjoy：”）;
　　lseek（fd， SEEK_SET， 0）;
　　while （counter 《 need）
　　{
　　while （（read（fd， &buff， 1） == 1） && （counter 《 need））
　　{
　　fputc（buff， stdout）; /* 消費(fèi)就是在屏幕上簡(jiǎn)單的顯示 */
　　counter++;
　　}
　　fputs（“\n”， stdout）;
　　close（fd）;
　　return 0;
　　}
　　/* 功能：從sour_file文件的offset偏移處開(kāi)始
　　將count個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)復(fù)制到dest_file文件 */
　　int myfilecopy（const char *sour_file，
　　const char *dest_file， int offset， int count， int copy_mode）
　　{
　　int in_file， out_file;
　　int counter = 0;
　　char buff_unit;
　　if （（in_file = open（sour_file， O_RDONLY|O_NONBLOCK）） 《 0）
　　{
　　printf（“Function myfilecopy error in source file\n”）;
　　return -1;
　　}
　　if （（out_file = open（dest_file，
　　O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC|O_NONBLOCK， 0644）） 《 0）
　　{
　　printf（“Function myfilecopy error in destination file：”）;
　　return -1;
　　}
　　lseek（in_file， offset， SEEK_SET）;
　　while （（read（in_file， &buff_unit， 1） == 1） && （counter 《 count））
　　{
　　write（out_file， &buff_unit， 1）;
　　counter++;
　　}
　　close（in_file）;
　　close（out_file）;
　　return 0;
　　}
　　/* 功能：實(shí)現(xiàn)FIFO消費(fèi)者 */
　　int custom（int need）
　　{
　　int fd;
　　/* 對(duì)資源進(jìn)行消費(fèi)，need表示該消費(fèi)的資源數(shù)目 */
　　customing（fifo_file， need）;
　　if （（fd = open（fifo_file， O_RDWR）） 《 0）
　　{
　　printf（“Function myfilecopy error in source_file：”）;
　　return -1;
　　}
　　/* 為了模擬FIFO結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)文件內(nèi)容進(jìn)行平行移動(dòng) */
　　lock_set（fd， F_WRLCK）;
　　myfilecopy（fifo_file， tmp_file， need， MAX_FILE_SIZE， 0）;
　　myfilecopy（tmp_file， fifo_file， 0， MAX_FILE_SIZE， 0）;
　　lock_set（fd， F_UNLCK）;
　　unlink（tmp_file）;
　　close（fd）;
　　return 0;
　　}
　　int main（int argc ，char *argv［］）
　　{
　　int customer_capacity = 10;
　　if （argc 》 1） /* 第一個(gè)參數(shù)指定需要消費(fèi)的資源數(shù)目，默認(rèn)值為10 */
　　{
　　sscanf（argv［1］， “%d”， &customer_capacity）;
　　}
　　if （customer_capacity 》 0）
　　{
　　custom（customer_capacity）;
　　}
　　exit（EXIT_SUCCESS）;
　　}
　?。?）先在宿主機(jī)上編譯該程序，如下所示：
　　$ make clean; make
　　（4）在確保沒(méi)有編譯錯(cuò)誤后，交叉編譯該程序，此時(shí)需要修改Makefile中的變量
　　CC = arm-linux-gcc /* 修改Makefile中的編譯器 */
　　$ make clean; make
　?。?）將生成的可執(zhí)行程序下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。
　　4．實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　此實(shí)驗(yàn)在目標(biāo)板上的運(yùn)行結(jié)果如下所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)和這兩個(gè)進(jìn)程運(yùn)行的具體過(guò)程相關(guān)，希望讀者能具體分析每種情況。下面列出其中一種情況：
　　終端一：
　　$ 。/producer 1 20 /* 生產(chǎn)周期為1s，需要生產(chǎn)的資源數(shù)為20個(gè) */
　　Write lock set by 21867
　　Release lock by 21867
　　Write lock set by 21867
　　Release lock by 21867
　　……