一文读懂Linux系统的write调用
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发布时间：2024-10-24 14:57
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时间：1天前
本文旨在澄清Linux系统中的write调用特性。许多人对write调用的原子性存在疑问，本文将通过实例和分析给出答案。
首先，明确一点，write调用并不能保证整个写操作是原子的。以写入512字节的缓冲区到文件为例，Linux内核并不能确保这个操作在单次调用中顺利完成，因为存在一些不可忽视的因素。尽管如此，write设计的初衷是考虑到系统的复杂性和安全性，它保证的是在共享文件描述符的上下文中，每个write调用在写入数据时是原子且不可中断的，即线程或进程之间的写入顺序不会交错。
当两个进程分别对文件进行写入，如进程A写'a'，进程B写'b'，结果可能为'aaabbb'或'bbbaaa'，而非交错。若希望避免交错，需要在打开文件时使用O_APPEND模式。
write调用的原子性保障主要局限于共享文件结构的范围，而非文件。在多线程或多进程共享文件时，用户程序需要自行处理短写问题，例如使用锁保护，以确保写入完整。
一些关键应用，如Apache和Nginx的日志记录，通过使用APPEND模式来保证的原子写入。然而，即便有这些保证，我自己的一个分析TCP数据包程序实例中，尽管理论上应保证原子性，但有时仍会发现数据包信息被覆盖，这提示了潜在的问题。
在深入调查后，我发现了write调用在3.10社区版内核中存在race条件。通过分析代码，我发现了一个在1和2或者2和3之间可能发生并发问题的场景。通过加载特定模块和调整操作，我成功重现了问题，验证了write调用的原子性在此版本中并未得到充分保证。
幸运的是，这个问题在3.14以后的内核版本中已被修复。通过查阅文档和源码，我发现该问题早在那时就已经被注意到并修复。从这个经历中，我们学习到在遇到问题时，查阅文档比直接分析代码可能更有效率。
最后，虽然2.6.32内核在理论上也存在相同问题，但在Centos这样的稳定版内核中，这些问题通常会被修复，从而避免了实际问题的出现。
