WAGO PFC200 PLC中Docker容器Python脚本的JSON文件读写冲突排查

1. 验证fcntl锁是否生效的替代方法 #

• 手动构造并发场景：在SSH会话中运行一个脚本持续向目标文件写入测试数据，同时启动你的Python采集脚本，观察是否出现写入阻塞或内容混乱——如果锁生效，两个进程的写入操作会互斥，不会同时修改文件。
• 增加锁状态日志：在Python脚本中，每次获取锁、释放锁时打印当前进程ID和时间戳；同时在Codesys程序中添加读取日志，或用另一个脚本模拟读取并记录时间，对比双方时间线即可判断读写是否存在重叠。
• 检查进程文件持有状态：使用lsof -p <Python进程ID>查看脚本打开的文件描述符，确认锁对应的文件是否被正确持有；也可以用fuser -v /tmp/your-file.json实时查看哪些进程在访问目标文件。

2. 挂载目录下fcntl锁的有效性 #

fcntl锁是内核层面的文件描述符级锁，只要挂载的文件系统是Linux内核支持的（WAGO PFC200的/tmp一般为tmpfs，属于支持范畴），锁就会正常作用于宿主系统的文件系统。但要注意两个关键点：

• 必须保证Python脚本对同一个文件描述符执行加锁和写入操作——如果打开文件加锁后，又重新打开文件再写入，锁会直接失效。
• 检查挂载参数：用mount命令查看/tmp的挂载选项，只要没有nolock这类禁用文件锁的参数，就不会影响锁的生效。

3. 避免并发读写的可靠方案 #

• 原子替换文件：这是最稳妥的解决方式——Python脚本先将完整的JSON数据写入临时文件（比如/app/out/temp.json），写入完成后用os.rename()原子性替换目标文件。Linux下的rename操作是原子的，读取侧只会看到完整的旧文件或新文件，绝不会读到半写入的内容。
• 使用命名管道（FIFO）：创建一个FIFO管道，Python脚本持续向管道写入数据，Codesys程序从管道读取。管道为流式结构，天然避免了文件截断或内容重叠的问题，只需处理好管道阻塞的情况即可。
• 采用轻量内存数据库：在容器内运行一个Redis实例，Python脚本将数据写入Redis，Codesys程序通过Redis客户端读取数据——彻底绕开文件读写的并发问题，同时提升数据存取效率。
• 临时缓解方案：将Python的写入周期（3秒）与Codesys的读取周期错开，比如让Codesys每4秒读取一次，可降低读写并发的概率，但这属于治标不治本的临时办法。

4. 其他可能导致该现象的原因 #

• 文件系统缓存延迟：嵌入式系统的tmpfs缓存同步可能存在延迟，Python脚本写入数据后未立刻刷新到磁盘，导致读取时拿到缓存中的不完整数据。可在Python脚本写入完成后调用os.fsync()强制刷盘尝试解决。
• FTP客户端的读取逻辑：MobaXterm的FTP浏览器可能采用分段读取文件的方式，当文件正在写入时，刚好读到新旧内容拼接的部分，导致末尾出现重复；而NANO是一次性将整个文件读取到内存，且可能自动添加共享锁，因此不会出现问题。
• 嵌入式系统IO性能限制：WAGO PFC200的IO性能有限，Docker挂载目录的读写可能存在延迟，导致写入操作尚未完成就被读取。
• Python脚本写入逻辑缺陷：比如脚本先清空文件再写入，中间存在文件为空的时间窗口；或是采用追加后截断的方式写入，导致旧内容残留。检查脚本的写入代码，确保是一次性写入完整的JSON字符串。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Darius