moratorium

実験環境と検証用コードは以下の通り。

dylan% uname -a
Linux dylan 2.6.17-10-generic #2 SMP Tue Dec 5 22:28:26 UTC 2006 i686 GNU/Linux
dylan% gcc --version
gcc (GCC) 4.1.2 20060928 (prerelease) (Ubuntu 4.1.1-13ubuntu5)
Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

#include <sys/file.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>

static int locked = 0;
static pthread_mutex_t locked_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void*
func1(void* arg)
{
  int r;

  char ch = (char)arg;

  while (1) {
    FILE *f = fopen("test.txt", "a+");
    assert(f != NULL);
    int fd = fileno(f);
    assert(f >= 0);

    r = flock(fd, LOCK_EX);
    assert(r == 0);

    pthread_mutex_lock(&locked_mutex);
    assert(locked == 0);
    locked = 1;
    pthread_mutex_unlock(&locked_mutex);

    fwrite(&ch, 1, 1, f);
    fwrite(&ch, 1, 1, f);

    printf("%d\n", pthread_self());

    pthread_mutex_lock(&locked_mutex);
    locked = 0;
    pthread_mutex_unlock(&locked_mutex);

    sched_yield();

    r = flock(fd, LOCK_UN);
    assert(r == 0);

    fflush(f);
    fclose(f);
  }

  return NULL;
}

#define THREAD_NUM 200

int
main(void)
{
  pthread_t ths[THREAD_NUM];

  int i;
  for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {
    char ch = 'a' + i;
    pthread_create(&ths[i], NULL, func1, (void*)ch);
  }

  for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    pthread_join(ths[i], NULL);

  return 0;
}

スレッドは200個で、それぞれのスレッドはファイルに追記を行う。ただし毎回flock(2)で保護している。

flock(LOCK_EX)の直後とflock(LOCK_UN)の直前でlockedという変数を変更している。もしflok(2)がスレッドを排他するのであれば、lockedを1にする直前でlockedは必ず0になっているはずである。

さらに、locked = 0にした後でsched_yield(2)を呼び出す事で、明示的に他のスレッドにCPUを明け渡すようにした。こうすることで競合がおきやすくなるはずだ。

これを実行してみた。

dylan% gcc -Wall flock.c -lpthread; rm test.txt; ./a.out

CPUが2つ有るマシンで暫くの間動かしてみたが、assertで落ちる事は無かった。この実験の結果としては、スレッド間で排他できているように思える。

一応、カーネルのコードもささっと読んでみた。file lockの所持者はstruct file_lockのfl_ownerで管理されており、これはfl_owner_tという型で、これはinclude/linux/fs.hで次のように定義されている。

/*
 * The POSIX file lock owner is determined by
 * the "struct files_struct" in the thread group
 * (or NULL for no owner - BSD locks).
 *
 * Lockd stuffs a "host" pointer into this.
 */
typedef struct files_struct *fl_owner_t;

コメントから見る限りスレッドグループについてきちんと考えられてそう。もう一つきになるstruct file_lockのfl_pidについても、current->tgidが代入されているので大丈夫そう。

ただ、「プログラムが間違ってるよ」「カーネル読み間違ってるよ」「たまたま落ちなかっただけでもっと激しくテストしたら落ちるよ」「昔のカーネルだとそうじゃないよ」とか有り得るかもしれないので注意。