C语言中同一文件描述符能否同时读写及异常问题排查

• 父子进程共享文件偏移量：fork()生成的子进程会继承父进程的文件描述符，且两个进程的fd指向同一个系统文件表项，偏移量是共享的。父进程第一次写入5字节（"abcd"+\0）后，文件偏移量会移动到第5字节位置，后续子进程调用read()时直接从偏移量5的位置开始读，此时文件末尾就是5，read()直接返回0（EOF），没有读取到任何有效数据，str指向的缓冲区保留的是栈上的原始垃圾值，自然输出乱码。
• readLine函数缺少错误处理：当read()返回0（EOF）或-1（读取错误）时，不会修改传入的缓冲区内容，代码没有判断该情况就继续执行循环，要么读取垃圾值，要么进入死循环。
• 子进程无等待逻辑：当没有新内容可读时，子进程会持续空转调用read()，占用大量CPU资源。

你可以选择以下任意一种方案解决偏移量共享问题，同时补充错误处理即可。

方案1：父子进程独立打开文件（推荐） #

两个进程分别打开sharedFile，各自维护独立的偏移量，互不干扰，修改后代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

void readLine (int fd, char *str) {
    int n;
    do { 
        n = read(fd, str, 1);
        // 遇到EOF或错误直接返回，避免读垃圾值
        if (n <= 0) {
            *str = '\0';
            return;
        }
    } while (*str++ != '\0');
}

int main(int argc,char ** argv){
    int fd=open("sharedFile",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,0600);
    if(fork()==0){
        // 子进程独立打开文件，使用独立偏移量
        int read_fd = open("sharedFile", O_RDONLY, 0600);
        char buf[1000];
        while(1) {
            readLine(read_fd, buf);
            // 读到有效内容再输出
            if (buf[0] != '\0') {
                printf("%s\n",buf); 
            }
            // 避免空转占CPU
            usleep(100000); // 100毫秒轮询一次
        }
    }else{
        while(1){
             sleep(1);
             write(fd,"abcd",strlen("abcd")+1);
        }
    }
}

方案2：共享fd，手动调整偏移量 #

如果要共用同一个fd，每次读写前手动设置偏移量即可，这里我们让父进程每次写在文件开头，子进程每次从开头读，还能避免文件无限膨胀：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

void readLine (int fd, char *str) {
    int n;
    do { 
        n = read(fd, str, 1);
        if (n <= 0) {
            *str = '\0';
            return;
        }
    } while (*str++ != '\0');
}

int main(int argc,char ** argv){
    int fd=open("sharedFile",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,0600);
    if(fork()==0){
        char buf[1000];
        while(1) {
            // 读之前移到文件开头
            lseek(fd, 0, SEEK_SET);
            readLine(fd, buf);
            if (buf[0] != '\0') {
                printf("%s\n",buf); 
            }
            usleep(100000);
        }
    }else{
        while(1){
             sleep(1);
             // 写之前移到文件开头，覆盖旧内容
             lseek(fd, 0, SEEK_SET);
             write(fd,"abcd",strlen("abcd")+1);
        }
    }
}

两种方案都可以实现你要的每隔1秒输出一次abcd的效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者giggiox