在 Linux (GCC 4.6) 上聚集 C++ ifstream

Question

上下文

我正在慢慢地用 C++ 编写一个专门的 Web 服务器应用程序（使用 C onion http server library 和 JSONCPP library 进行 JSON 序列化，如果这很重要的话）。对于带有 GCC 4.6 编译器的 Linux 系统（我不关心到非 Linux 系统的可移植性，或 4.5 之前的 GCC 或 3.0 之前的 Clang）。

我决定将用户“数据库”（用户很少，可能只有一两个，所以性能不是问题，并且 O(n) 访问时间是可以接受的）为 JSON 格式，可能很小JSON 对象数组，如

 { "_user" : "basile" ;
   "_crypasswd" : "XYZABC123" ; 
   "_email" : "basile@starynkevitch.net" ;
   "firstname" : "Basile" ;
   "lastname" : "Starynkevitch" ;
   "privileges" : "all" ;
 }

按照惯例（.htpasswd），_crypasswd 字段是用户密码的crypt(3)“加密”，由_user 名称加盐；

我想通过 Json 对象来描述用户的原因是我的应用程序可能会在描述用户的此类 Json 对象中添加（而不是替换）一些 JSON 字段（例如上面的 privileges）。我使用 JsonCpp 作为 C++ 的 Json 解析库。这个库想要解析 ifstream。

所以我正在阅读我的密码文件

extern char* iaca_passwd_path; // the path of the password file
std::ifstream jsinpass(iaca_passwd_path);
Json::Value jpassarr;
Json::Reader reader;
reader.parse(jsinpass,jpassarr,true);
jsinpass.close();
assert (jpassarr.isArray());
for (int ix=0; ix<nbu; ix++) {
  const Json::Value&jcuruser= jpassarr[ix];
  assert(jcuruser.isObject());
  if (jcuruser["_user"].compare(user) == 0) {
    std::string crypasswd = jcuruser["_crypasswd"].asString();
    if (crypasswd.compare(crypted_password(user,password)) == 0) {
         // good user
    }
  }
}

---

问题

显然，我想flock 或lockf 密码文件，以确保只有一个进程在读取或写入它。要调用这些函数，我需要获取ifstream jsinpass 的文件描述符（用 Unix 的说法）。但谷歌主要给了我Kreckel's fileno（我觉得很完整，但有点疯狂）来获取std::ifstream的文件描述符，我不确定构造函数不会预读其中的一些。因此我的问题：

如何锁定 C++ ifstream（Linux、GCC 4.6）？

（或者您是否找到其他方法来解决该问题？）

谢谢

Answer 1

我对这个问题的解决方案来源于这个答案：https://stackoverflow.com/a/19749019/5899976

我只用 GCC 4.8.5 测试过。

#include <cstring>  // for strerror()
#include <iostream> // for std::cerr
#include <fstream>
#include <ext/stdio_filebuf.h>

extern "C" {
#include <errno.h>
#include <sys/file.h>  // for flock()
}

    // Atomically increments a persistent counter, stored in /tmp/counter.txt
int increment_counter()
{
    std::fstream file( "/tmp/counter.txt" );
    if (!file) file.open( "/tmp/counter.txt", std::fstream::out );

    int fd = static_cast< __gnu_cxx::stdio_filebuf< char > * const >( file.rdbuf() )->fd();
    if (flock( fd, LOCK_EX ))
    {
        std::cerr << "Failed to lock file: " << strerror( errno ) << "\n";
    }

    int value = 0;
    file >> value;
    file.clear();   // clear eof bit.
    file.seekp( 0 );
    file << ++value;

    return value;

    // When 'file' goes out of scope, it's closed.  Moreover, since flock() is
    //  tied to the file descriptor, it gets released when the file is closed.
}

Answer 2

您可能想要使用单独的锁定文件，而不是尝试从ifstream 获取描述符。它更容易实现，您可以将ifstream 包装在一个自动执行此操作的类中。

如果您想确保原子打开/锁定，您可能希望使用this SO answer 中建议的方法构造一个流，遵循open 和flock

Answer 3

filestream API 的一个缺陷是您不能（至少不是easily）访问 fstream 的文件描述符（例如，参见 here 和 here）。这是因为不要求 fstream 是根据 FILE* 或文件描述符实现的（尽管实际上它总是如此）。 这对于将管道用作 C++ 流也是必需的。

因此，“规范”答案（正如问题的 cmets 所暗示的那样）是：

创建一个stream buffer（派生自 std::basic_streambuf），它使用 Posix 和 C stdio I/O 函数（即 open 等），从而可以访问文件描述符。

使用基于 stdio 的流缓冲区而不是 std::streambuf 创建您自己的“LockableFileStream”（源自 std::basic_iostream）。

您现在可能有一个类似 fstream 的类，您可以从中获得对文件描述符的访问权限，从而酌情使用 fcntl（或 lockf）。

有一些库可以开箱即用地提供此功能。

我原以为现在我们已经达到了 C++17，但我找不到链接，所以我一定是在做梦。

Answer 4

依赖 rename() 的原子性的传统 unix-y 解决方案是不可接受的吗？

我的意思是，除非您的 JSON 序列化格式支持就地更新（使用事务日志或其他），否则更新您的密码数据库需要重写整个文件，不是吗？所以不如先写到一个临时文件里，然后改名改成真名，从而保证读者读到的条目一致？ （当然，为了让它工作，每个读者每次想要访问数据库条目时都必须打开（）文件，让文件保持打开状态并不会切断它）