Блокирование файлов

Блокирование файлов

В системах, допускающих одновременное выполнение нескольких процессов, особую актуальность приобретает проблема координации и синхронизации доступа к разделяемым (совместно используемым) объектам, например файлам.

В Windows имеется возможность блокировать файлы (целиком или частично) таким образом, что никакой другой процесс (выполняющаяся программа) не сможет получить доступ к заблокированному участку файла. Блокирование файла может оставлять другим приложениям возможность доступа только для чтения (разделяемый доступ) или же закрывать им доступ к файлу как для записи, так и для чтения (монопольный доступ). Что немаловажно, владельцем блокировки является блокирующий процесс. Любая попытка получения доступа к части файла (с помощью функций ReadFile или WriteFile) в нарушение существующей блокировки закончится неудачей, поскольку блокировки носят обязательный характер на уровне процесса. Любая попытка получения несовместимой блокировки также завершится неудачей, даже если процесс уже владеет данной блокировкой. Блокирование файлов является ограниченной разновидностью синхронизации параллельно выполняющихся процессов и потоков; обсуждение синхронизации с использованием гораздо более общей терминологии начнется в главе 8.

Для блокирования файлов предусмотрены две функции. Более общей из них является функция LockFileEx, менее общей — LockFile, которую можно использовать и в Windows 9x.

Функция LockFileEx относится к классу функций расширенного (extended) ввода/вывода, поэтому для указания 64-битовой позиции в файле и границ области файла, подлежащей блокированию, необходимо использовать структуру OVERLAPPED, которая ранее уже применялась при указании позиции в файле для функций ReadFile и WriteFile. 

BOOL LockFileEx(HANDLE hFile, DWORD dwFlags, DWORD dwReserved, DWORD nNumberOfBytesToLockLow, DWORD nNumberOfBytesToLockHigh, LPOVERLAPPED lpOverlapped) 

Функция LockFileEx блокирует участок открытого файла либо для разделяемого доступа (разрешающего доступ одновременно нескольким приложениям в режиме чтения), либо для монопольного доступа (разрешающего доступ только одному приложению в режиме чтения/записи).

Параметры

hFile — дескриптор открытого файла. Дескриптор должен быть создан либо с правами доступа GENERIC_READ, либо с правами доступа GENERIC_READ и GENERIC_WRITE.

dwFlags — определяет вид блокировки файла, а также режим ожидания доступности затребованной блокировки. Этот параметр определяется комбинацией следующих значений:

LOCKFILE_EXCLUSIVE_LOCK — запрос монопольной блокировки в режиме чтения/записи. Если это значение не задано, запрашивается разделяемая блокировка (только чтение).

LOCKFILE_FAIL_IMMEDIATELY — задает режим немедленного возврата функции с возвращаемым значением равным FALSE, если приобрести блокировку не удается. Если это значение не задано, функция переходит в режим ожидания. 

dwReserved — значение этого параметра должно устанавливаться равным 0. Следующие два параметра определяют соответственно младшие и старшие 32-битовые значения размера блокируемого участка файла (в байтах).

lpOverlapped — указатель на структуру данных OVERLAPPED, содержащую информацию о начале блокируемого участка. В этой структуре необходимо устанавливать значения трех элементов (остальные элементы игнорируются), первые два из которых определяют смещение начала блокируемого участка от начала файла.

• DWORD Offset (используется именно такое имя параметра, а не OffsetLow).

• DWORD OffsetHigh.

• HANDLE hEvent должен задаваться равным 0.

Чтобы разблокировать файл, следует вызвать функцию UnlockFileEx, все параметры которой, за исключением dwFlags, совпадают с параметрами предыдущей функции: 

BOOL UnlockFileEx(HANDLE hFile, DWORD dwReserved, DWORD nNumberOfBytesToLockLow, DWORD nNumberOfBytesToLockHigh, LPOVERLAPPED lpOverlapped) 

Используя блокирование файлов, вы должны принимать во внимание следующие обстоятельства:

• Границы области разблокирования должны в точности совпадать с границами ранее заблокированной области. Не допускается, например, объединение двух ранее заблокированных областей или разблокирование части заблокированной области. Любая попытка разблокирования области, не совпадающей в точности с одной из существующих заблокированных областей, будет неудачной. В этом случае функция вернет значение FALSE, а в выведенном системой сообщении об ошибке будет указано, что данная область блокирования не существует.

• Вновь создаваемая и существующие области блокирования в файле не могут перекрываться, если это приводит к возникновению конфликтной ситуации.

• Возможно блокирование участка, границы которого выходят за пределы файла. Такая операция может оказаться полезной в случае расширения файла процессом или потоком.

• Блокировки не наследуются вновь создаваемыми процессами.

Логику процедуры блокирования, когда вся область или только некоторая ее часть уже содержат заблокированные участки, иллюстрирует табл. 3.1.

Таблица 3.1. Логика предоставления блокировки 

Тип запрашиваемой блокировки  Существующая блокировка Разделяемая блокировка Монопольная блокировка Отсутствует Предоставляется Предоставляется Разделяемая блокировка (одна или несколько) Предоставляется Отказ Монопольная блокировка Отказ Отказ

Логику предоставления возможности выполнения операций чтения/записи во всей или части области файла, содержащей участки с одной или несколькими блокировками, владельцами которых являются другие процессы, иллюстрирует табл. 3.2.

Таблица 3.2. Блокировки и выполнение операций ввода/вывода

Операция ввода/вывода Существующая блокировка Чтение Запись Отсутствует Успешно выполняется Успешно выполняется Разделяемая блокировка (одна или несколько) Выполняется. Вызывающий процесс не обязан быть владельцем блокировки данной области файла. Не выполняется Монопольная блокировка Выполняется, если вызывающий процесс является владельцем блокировки, в противном случае — неудачное завершение. Выполняется, если вызывающий процесс является владельцем блокировки, в противном случае — неудачное завершение.

Обычно операции чтения и записи выполняются путем вызова функций Read-File и WriteFile или их расширенных версий ReadFileEx и WriteFileEx. Для диагностики ошибок, возникающих в процессе выполнения операций ввода/вывода, следует вызывать функцию GetLastError.

Одна из разновидностей операций ввода/вывода с участием файлов предполагает использование отображения файлов, которое обсуждается в главе 5. Обнаружение конфликтов блокировки на этапе обращения к памяти не производится; такая проверка осуществляется во время вызова функции MapViewOfFile. Указанная функция делает часть файла доступной для процесса, вследствие чего проверка наличия блокировок на этом этапе является необходимой.

Разновидностью функции LockFileEx с ограниченной сферой применимости является функция LockFile, вызов которой, скорее, лишь уведомляет о намерении осуществить блокировку. Эту функцию можно использовать в системах Windows 9x, которые не поддерживают функцию LockFileEx. Функция LockFile предоставляет блокирующему процессу только монопольный доступ, а возврат из функции происходит сразу же. Таким образом, функция LockFile не блокируется. Проверить, предоставлена блокировка или нет, можно путем тестирования возвращаемого функцией значения.

Снятие блокировок

Каждый успешный вызов функции LockFileEx должен сопровождаться последующим вызовом функции UnlockFileEx (то же самое касается и пары функций LockFile и UnlockFile). Если программа не позаботится о снятии блокировки или будет удерживать ее в течение большего, чем это необходимо, времени, другие программы либо вовсе не смогут работать, либо будут вынуждены простаивать. Поэтому уже на стадии проектирования и реализации программ необходимо очень тщательно следить за тем, чтобы снятие блокировки осуществлялось сразу же после того, как необходимость в ней отпала, а логика работы программ не позволяла оставлять невыполненными необходимые операции разблокирования файлов.

Одним из способов, гарантирующих своевременное разблокирования файлов, является использование дескрипторов завершения (termination handlers), которые описаны в главе 4.