如何在 C 中使用 pthread 来防止同时读取和写入磁盘上的文件？

Question

我正在编写一个程序，它有一个写入线程和几个读取线程，用于写入/读取磁盘上的文件。我希望不会同时发生写/读。我发现了许多在写/读期间使用 pthread 互斥锁来保护内存阵列的示例，例如声明受保护的内存阵列易失性。

volatile int array[NUMBER];
pthread_mutex_t locks[NUMBER];

pthread_mutex_lock(&locks[index]);
array[acct] -= SOME_NUMBER;
pthread_mutex_unlock(&locks[index]);

但我找不到使用 pthread 保护磁盘上文件的示例。

volatile FILE* array[NUMBER]; ??

有人能指出我正确的方向吗？我希望写/读线程不会同时访问磁盘上的文件。

编辑：我阅读了更多内容，根据post，似乎多线程不适用于磁盘 IO。

Answer 1

根据描述，您的问题是关于保护磁盘上的文件，而不是代表文件的流描述符（FILE*）。可以尝试使用 pthread 的 rwlock 来同步多个线程之间的并发访问：

FILE *fp = fopen(...);
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

// read thread:
char buf[BUFLEN];
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
fread(buf, sizeof buf, 1, fp);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

// write thread:
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
fwrite(buf, sizeof buf, 1, fp);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

请注意，这可以防止文件被同一进程中的多个线程访问，但这并不能防止文件被系统上的多个进程访问。

Answer 2

这取决于“不会同时访问磁盘上的文件”的含义。由于您谈论 pthreads，这意味着您在 POSIX 系统上。 POSIX 对于多进程和多线程的文件访问已经有了一定的保证。

如果您使用原始系统调用read 和write，例如可以保证写入是原子的。这意味着如果 read 和 write 同时发生（意思是：你不知道哪个先开始），读取将看到写入所做的文件的全部更改或没有（可能有这里有一些关于错误的例外情况）。当然，多个线程读取和写入相同的文件描述符存在问题，因为读取/写入会更新下一次读取/写入发生的偏移量。因此，如果其他线程可以在查找和写入之间接触文件描述符，则执行lseek 然后write 是不安全的。但为此，您有系统调用 pread 和 pwrite 保证查找+读/写将是原子的。

因此，只需继续您的问题描述的这一部分：

一个写入线程和几个读取线程，用于写入/读取磁盘上的文件。我希望不会同时发生写入/读取。

操作系统已经保证了这一点。我认为的问题是“同时”是一个非常模糊的要求，因为访问共享资源（如文件甚至内存）几乎没有同时发生。在考虑线程或任何并发时，您需要根据在其他事情之前/之后需要发生的事情来界定问题。