在符合 POSIX 的文件系统对象上进行比较和交换

Question

符合 POSIX 的操作系统可以对文件系统对象（文件和文件夹）进行原子操作。这是presumably atomic operations的列表：

• 重命名或移动文件或文件夹
• 创建硬链接
• 创建符号链接
• 创建文件夹
• 创建并打开一个空文件

是否可以基于这些操作构建用于操作文件的比较和交换算法？

假设我们有几个进程正在对单个文件执行并发读/写。文件的特征在于其修订版本。假设将修订添加到文件名，并且文件有一个符号链接，进程可以使用该符号链接来读取它。这些进程不能（由于某些原因）与互斥锁、信号量等同步，但它们能够创建辅助文件和文件夹。他们是否能够对文件执行基于修订的比较和交换修改（创建一个新文件，创建和重命名符号链接），这意味着如果多个进程要同时修改它，一个会成功，其余的会失败并显示一些错误代码？

算法必须能够抵抗算法任何步骤中任何进程的突然终止。

Answer 1

天哪。

让我们假设每个进程都可以访问一个唯一的标识符，以避免破坏对称性的问题。这是一次性共识对象的无等待实现。

1. 创建一个具有唯一名称的目录。
2. 在该目录中创建一个文件，其名称是创建过程的输入。
3. 将目录重命名为共识对象的名称。这将失败，除非这是第一次这样的重命名。
4. 列出我们尝试重命名的目录。里面的文件名就是共识决定。

现在可以simulate an arbitrary object in a wait-free manner，在分布式计算中使用标准结果。享受垃圾收集的乐趣=P

Answer 2

如果您在原子操作列表中考虑 fcntl(2)，则可以轻松构建通用互斥体原语。我经常使用flock(1) 命令行工具在shell 脚本中执行此操作。 （flock(1) 是 util-linux-ng 包的一部分。）

flock(2) 不是 POSIX 指定的，但 fcntl(2) 是。我认为flock(1) 在某些情况下（例如NFS）可能会使用fcntl(2)。

所以算法是这样的：

• 1. 对您要操作的资源所特有的某个文件执行非阻塞 fcntl()。这可能是数据文件本身，也可能是每个进程都同意用作互斥对象的某个空文件。
• 2a。如果 fcntl 成功，则交换文件中的数据。
• 2b。如果 fcntl 不成功，请不要触摸数据文件。
• 3. 释放文件上的 fcntl。

你当然可以做一个阻塞 fcntl(2)，但是没有办法知道每个进程阻塞和唤醒的顺序，所以这是否合适取决于应用程序。

请注意，fcntl(2) 是建议性的，因此它不会阻止对数据文件进行不必要的操作。