读取和写入共享文件时出现 IPC 同步问题

Posted 2023-02-16

【中文标题】读取和写入共享文件时出现 IPC 同步问题

【英文标题】：IPC synchronization issue while reading & writing into shared files

【发布时间】：2015-04-22 05:53:00

【问题描述】：

在访问一组共享文件时，从多个同时运行的进程调用以下代码。这些文件包含条目的列表。 （我之所以提到文件 (pl.) 只是因为带有 entries 的实际列表在磁盘上被分解成更小的文件。）

规定每个条目必须有一个唯一的自增ID。为此，我正在为文件访问同步实现一个命名互斥锁，但显然我仍然遗漏了一些东西，因为有时我在这些 条目 中得到重复或重复的 ID（下面的 dwUniqueID 变量） .

有人能说明原因吗？

接下来是简短的代码，为简洁起见，省略了所有错误检查。我还将它剥离为裸 API 调用：

//Global variables
HANDLE hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;
HANDLE hMutex = NULL;

然后初始化（完成一次）：

//INFO: Error checks are omitted for brevity!

PSECURITY_DESCRIPTOR psdMutex = NULL;
::ConvertStringSecurityDescriptorToSecurityDescriptor(
    L"D:(A;;GA;;;WD)(A;;GA;;;AN)S:(ML;;;;;S-1-16-0)",
    SDDL_REVISION_1, &psdMutex, NULL);

SECURITY_ATTRIBUTES sa;
sa.nLength = sizeof(sa);
sa.bInheritHandle = FALSE;
sa.lpSecurityDescriptor = psdMutex;

//Create global IPC mutex
hMutex = ::CreateMutex(&sa, FALSE, L"Global\\My_IPC_Mutex_Name");

::LocalFree(psdMutex);

然后第一次打开所需的文件之一：

//INFO: Error checks are omitted for brevity!

//Open initial file
ReopenFile();

void ReopenFile()

    //Close previous file
    if(hFile != INVALID_HANDLE_VALUE)
    
        ::FlushFileBuffers(hFile);
        ::CloseHandle(hFile);
        hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;   
    

    //Create/open file
    hFile = ::CreateFile(strFilePath, 
        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
        FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,
        NULL,
        OPEN_ALWAYS,
        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_WRITE_THROUGH,
        NULL);

然后，为了测试我的 IPC 同步，我在一个长循环中调用以下代码：

//INFO: Error checks are omitted for brevity!
for(;;)

//Enter IPC critical section
if(::WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE) ==  WAIT_OBJECT_0)

    //Read last DWORD from file
    DWORD dwUniqueID = 0, ncbWrtn;

    LARGE_INTEGER liFileSz = 0;
    ::GetFileSizeEx(hFile, &liFileSz);
    if(liFileSz.QuadPart >= sizeof(DWORD))
    
        LARGE_INTEGER li0;
        li0.QuadPart = -(LONGLONG)(sizeof(DWORD));
        ::SetFilePointerEx(hFile, li0, NULL, FILE_END);

        ::ReadFile(hFile, &dwUniqueID, sizeof(DWORD), &ncbWrtn, NULL);
    

    //Do other work
    //...

    if(CheckIfThisFileIsFull(liFileSz))
    
        //File must be closed and another one opened
        ReopenFile();
    

    //Increment unique ID
    dwUniqueID++;

    //And write it into file
    LARGE_INTEGER li1 = 0;
    ::SetFilePointerEx(hFile, li1, NULL, FILE_END);
    ::WriteFile(hFile, &dwUniqueID, sizeof(DWORD), &ncbWrtn, NULL);

    //Flush file
    ::FlushFileBuffers(hFile);

    //Leave IPC critical section
    ::ReleaseMutex(hMutex);

else break;

【问题讨论】：

使用文件锁定（LockFile 等）而不是互斥锁可能更明智。

【参考方案1】：

FlushFileBuffers 的 MSDN 文档让我相信 Windows 仍然允许缓存写操作，因此当您的互斥锁被释放时，不能保证该文件与其他进程保持一致。

【讨论】：

您可以尝试使用共享内存或共享内存映射文件将无缓冲标志FILE_FLAG_NO_BUFFERING 添加到CreateFile。至少我会这样做。

是的，我也看到了FILE_FLAG_NO_BUFFERING 标志。不幸的是，它并不容易使用。需要在磁盘上的扇区大小和 RAM 中的页面大小上对齐写入。它打开了太多失败的可能性。

不，如果你调用FlushFileBuffers 保证所有其他进程将立即看到数据。但是，如果机器断电，它可能无法保证数据是安全的。

【参考方案2】：

我想我已经找到了自己问题的答案。我得到重复 ID 的原因是因为我的实现逻辑错误：当我的 CheckIfThisFileIsFull() 方法确定当前文件已满时，它会生成一个新文件，然后 ReopenFile() 会打开并开始使用它。好吧，如果有多个进程使用此方法，这将不起作用。例如，如果一个进程仍然持有旧文件，而另一个进程已经创建了一个新文件，那么第一个进程将不知道它，从而重用旧 ID 并创建一个副本。

无论如何，我感谢您的意见...如果您从我原来帖子中的 for(;;) 循环中删除我的 ReopenFile()，我的实现将适用于多进程应用程序（即不需要额外的锁。）