今天面试，做了两道面试题，有道题，也是非常的有趣，下面简单的说说，原题是："有哪些方法可以实现单实例的应用程序？选择一种方法阐述它到底实现原理，流程及优缺点？
然后他们给的答案是：信号量，共享内存，命名管道，绑定端口等。
我顿时感觉整个人都不好了，首先想到的是微软操作系统的单实例的应用程序，再转到c++方面，也只有单例模型了。在我的脑海里没有关于linux这些单实例的知识。从网上找了找，看了看，说的也是有道理，是在下知识狭隘了。
Linux编程之《只运行一个实例》
有些时候，我们要求一个程序在系统中只能启动一个实例。比如，Windows自带的播放软件Windows Medea Player在Windows里就只能启动一个实例。原因很简单，如果同时启动几个实例，却播放不同的文件，那么声音和图像就会引起混乱。在设计模式中，就有一个SINGLETON模式。对于程序而言，我们只有在程序启动的时候去检测某个设置，如果程序没有启动，就把设置更新为程序已经启动，然后正常启动程序；如果程序已经启动，那么就终止程序的启动。在程序退出的时候把设置恢复为程序没有启动。按照上面的思路，我们很容易就能想出一些方法：
文件锁
共享内存
管道
注册表（windows实现）
etc...
该实例是使用文件锁来实现单例的，下面将完整代码贴上。
/************************************************
* 该例程讲解Linux下程序只运行一个实例的编程实现
*
* 编写只运行一个实例的程序有很多种方式，比如通过管道
* 共享内存、文件锁等，主要是要有一个全局flag标志该程序
* 已经在运行了，本程序使用文件锁来实现单实例
************************************************/
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <string>
#ifndef PATH_MAX
#define PATH_MAX 1024 // 默认最大路径长度
#endif
std::string currentExeName()
{
char buf[PATH_MAX] = {'\0'};
int ret = readlink("/proc/self/exe", buf, PATH_MAX);
if (ret < 0 || ret >= PATH_MAX)
{
return "";
}
std::string path(buf);
int pos = path.find_last_of("/");
if (pos == -1)
{
return "";
}
path = path.substr(pos + 1, path.size() - 1);
return path;
}
bool runSingleInstance()
{
// 获取当前可执行文件名
std::string processName = currentExeName();
if (processName.empty())
{
exit(1);
}
// 打开或创建一个文件
std::string filePath = std::string("/var/run/") + processName + ".pid";
int fd = open(filePath.c_str(), O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if (fd < 0)
{
printf("Open file failed, error : %s", strerror(errno));
exit(1);
}
// 将该文件锁定
// 锁定后的文件将不能够再次锁定
struct flock fl;
fl.l_type = F_WRLCK; // 写文件锁定
fl.l_start = 0;
fl.l_whence = SEEK_SET;
fl.l_len = 0;
int ret = fcntl(fd, F_SETLK, &fl);
if (ret < 0)
{
if (errno == EACCES || errno == EAGAIN)
{
printf("%s already locked, error: %s\n", filePath.c_str(), strerror(errno));
close(fd);
return false;
}
}
// 锁定文件后，将该进程的pid写入文件
char buf[16] = {'\0'};
sprintf(buf, "%d", getpid());
ftruncate(fd, 0);
ret = write(fd, buf, strlen(buf));
if (ret < 0)
{
printf("Write file failed, file: %s, error: %s\n", filePath.c_str(), strerror(errno));
close(fd);
exit(1);
}
// 函数返回时不需要调用close(fd)
// 不然文件锁将失效
// 程序退出后kernel会自动close
return true;
}
int main()
{
if (!runSingleInstance())
{
printf("Process is already running\n");
return 1;
}
printf("Process start...\n");
sleep(5);
printf("Process end...\n");
return 0;
}
Linux下程序单例模式的保证机制：/var/run/*.pid
在Linux 系统中/var/run下有很多以pid结尾的文件，这个其实是为了保证程序以单例模式运行而设计的。程序在启动后，首先打开（如果没有则创建）/var/run/xx.pid,然后尝试去设置文件锁，如果成功，则将程序的里程ID写入该文件，写入后注意不要关闭文件或解锁；如果加锁失败，表明程序已经有一个进程在运行了，则退出此次启动。此机制在一些程序尤其是服务器程序中很常见，例如sip服务器kamailio中就是这样保证程序以单例模式运行的。
注：程序退出后，文件锁自动解锁。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#define DEFAULT_FILE "/var/run/test.pid"
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd = -1;
char buf[32];
fd = open(DEFAULT_FILE, O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
if (fd < 0) {
perror("Fail to open");
exit(1);
}
struct flock lock;
bzero(&lock, sizeof(lock));
if (fcntl(fd, F_GETLK, &lock) < 0) {
perror("Fail to fcntl F_GETLK");
exit(1);
}
lock.l_type = F_WRLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) < 0) {
perror("Fail to fcntl F_SETLK");
exit(1);
}
pid_t pid = getpid();
int len = snprintf(buf, 32, "%d\n", (int)pid);
write(fd, buf, len); //Write pid to the file
printf("Hello world\n");
while(1);
return 0;
}
编译：
gcc -o test test.c
运行：
1.打开终端： ./test
cat /var/run/test.pid
23409
2.打开另一终端：./test,打印错误如下：
Fail to fcntl F_SETLK: Resource temporarily unavailable
表示程序已经有实例运行。
