上一节提到在 linux 中进行 C语言程序开发时，多个进程打开同一个文件写入数据，如果不小心处理，会产生一些意想不到的错误。那么，会有哪些错误呢？该怎么解决呢？本节将给出几个 C语言实例，并在此基础上讨论这个问题。
多进程同时操作同一个文件，可能存在的问题
之前我们说过，C语言的 I/O 读写函数每次操作时，linux 内核都会记录当前文件偏移量指针。还记得下面这张图吗？
多个进程同时打开同一个文件时，linux 内核会为每一个进程都分配一个文件表，操作文件时的当前文件偏移了指针就记录在文件表里。如果程序员做了下面的操作：
- 进程 A 和进程 B 同时打开了文件 file；
- 进程 A 的文件表中记录的 file 的当前文件偏移量是 10；
- 进程 B 的文件表中记录的 file 的当前文件偏移量也是 10；
- 进程 A 往 file 里写入了 20 个字节的数据；
- 进程 B 往 file 里写入了 30 个字节的数据。
想想看，会有什么情况发生？答案是显而易见的，有数据被覆盖了。这是因为进程 A 和进程 B 有各自的文件表，也就是说他们各自的文件偏移量，不会随着对方的 I/O 操作改变。
这样一来，如果进程 A 先从偏移量为 10 处写入 file 20 个字节，接着进程 B 也从偏移量为 10 处写入 file 30 个字节，那么进程 A 的写入的数据就被覆盖了。如果进程 B 先于进程 A 进行，那么进程 B 写入的前 20 个字节的数据也会被覆盖。
上面只说明了多进程操作同一文件，可能会出现的一种糟糕情况，事实上，还有别的更坏的情况可能发生，这点就留给读者自己思考了。
linux 中 C语言编程，产生一个子进程
现在将使用 C语言编程，来进一步说明上面的问题。首先，在 linux 中，C语言怎样编写多进程程序呢？还记得我之前写的《linux学习系列文章》吗？linux 中的进程有着比较明显的继承关系，几乎所有进程的源头都是 init 进程。
init 进程 fork 出若干子进程，这些子进程又 fork 出若干自己的子进程，linux 启动后，所有进程都是这么来的。
所以，这里也使用 C语言的 fork 函数创建新的进程。输入 man 命令即可看到 fork 函数的说明：
根据手册，写出创建子进程的 C语言程序是容易的，请看：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if(0==pid){
printf("this is child: %ld\n", (long)getpid());
}else{
printf("this is father: %ld\n", (long)getpid());
int status;
wait(&status);
}
return 0;
}
以上程序创建了一个子进程，子进程打印出自己的 pid 就退出。父进程则打印出自己的 pid 后，等待子进程结束后才退出。
在《linux学习系列文章》里，我们说过，子进程“死亡”后，需要父进程为它收尸，否则子进程可能会成为“僵尸进程”。
编译执行，得到如下结果：
# gcc t.c
# ./a.out
this is father: 10454
this is child: 10455
多进程同时写入数据到同一个文件
现在知道在 linux 中，如何使用 C语言编写多进程程序了。实现上面的操作是简单的，请看：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
char* filename = "test.bin";
pid_t pid = fork();
if(0==pid){
printf("this is child: %ld\n", (long)getpid());
char buf[20];
memset(buf, 1, sizeof(buf));
int fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT);
write(fd, buf, sizeof(buf));
close(fd);
}else{
printf("this is father: %ld\n", (long)getpid());
char buf[30] = {2};
memset(buf, 2, sizeof(buf));
int fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT);
write(fd, buf, sizeof(buf));
close(fd);
int status;
wait(&status);
}
return 0;
}
程序的逻辑非常简单，就是父子进程都打开 test.bin 文件，子进程往其中写入 20 个字节的 0x01，父进程往其中写入 30 个字节的 0x02。现在编译执行，得到如下结果：
容易看出，因为父进程先执行了，所以父进程的数据被覆盖了一部分。现在在父进程里加入延时，目的是为了让子进程先执行：
...
usleep(500);
printf("this is father: %ld\n", (long)getpid());
...
再编译执行，会发现子进程的数据全部被父进程的数据覆盖了，这与我们的分析是一致的。
解决数据冲突
那么，怎样解决上面这种错误呢？看了之前文章的朋友可能想到了 lseek 函数，在每次写入之前都使用 lseek 把当前文件偏移量设置到文件数据之后，不就解决了问题吗？
这并不一定能解决问题，因为父子进程可能会同时运行（或者交叉运行）。想象一下这种情况：当前文件数据最大只到 100 字节处，父进程在写入数据前，使用 lseek 函数将自己的文件偏移量设置到 100 字节处。但是，这时由于系统调度，子进程在父进程 lseek 之后，写入数据之前这个空档，也执行了 lseek 函数，并且把数据写入文件了。待子进程写入数据完成后，父进程才开始写入数据，这又会把子进程才写入的数据覆盖。
上面这种情况就是因为 lseek 和 写入是两个动作，不是原子操作，可能会被 linux 内核分开执行。关于原子操作，在说到多线程时再讨论。
那就没办法解决问题了吗？也不是，只需要在调用 open 函数时，传入 O_APPEND 函数即可。上一节讨论过 O_APPEND 参数，linux 内核检查到这个标志位后，写入数据前，会首先把写入偏移量设置到文件数据最后。现在我们试一下，请看：
...
int fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND);
...
int fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND);
...
现在再编译执行，发现写入的数据终于正常了。
执行程序之前，记得先把刚才的 test.bin 文件删除，否则程序会接着上一次写入的数据接着写。
