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apue_db：一个可以充当"注册表"的 key-value 数据库

2020年04月11日  | 移动技术网科技  | 我要评论

apue 最后两章都是通过一个完整的实例来解释一些 linux 功能，第20章就是通过一个数据库实例来解释文件锁的使用，

说实话，当时没兴趣，因为满页都是源码和解析，有点看不下去。但是再拾起来硬着头皮看的时候，发现这哪里是个小 demo，明明是个五脏俱全的 key-value 数据库嘛，

而且这个数据库，提供多进程并发读写的安全性保证（通过文件锁）、提供已删除节点循环再利用的能力、提供根据用户需求调节内部 hash 表参数的能力……

特别是它的索引与数据文件格式，采用字符串存储各种偏移量与数字，非常便于直接打开文件去做一些 “观察”，然后也能很方便地基于 sdk 构建查找、增删改数据库的工具……

这简直就是一个 linux 上的 “注册表” 工具！

 

先来看看这个数据库提供的 sdk 接口： 

 1 #ifndef __apue_db_h__
 2 #define __apue_db_h__
 3 
 4 typedef void* dbhandle;
 5 
 6 // db_store flags
 7 #define db_insert 1
 8 #define db_replace 2
 9 #define db_store 3
10 
11 #define idxlen_min 6
12 #define idxlen_max 1024 // single index can not exceed this size
13 #define datlen_min 2
14 #define datlen_max 1024 // single data can not exceed this size
15 #define nhash_def 137 // default hash table size
16 
17 dbhandle db_open (char const* pathname, int oflag, .../*mode*/); 
18 void db_close (dbhandle db); 
19 int db_store (dbhandle db, const char *key, const char *data, int flag); 
20 char* db_fetch (dbhandle db, char *key); 
21 int db_delete (dbhandle db, const char *key); 
22 void db_rewind (dbhandle db); 
23 char *db_nextrec (dbhandle db, char *key); 
24 void db_dump (dbhandle db); 
25 
26 #endif

 

通过 db_open/db_close 打开关闭数据库，拿到dbhandle后就可以基于这个做操作了：

  • db_store 存储一个key，flag 指定覆盖方式：
    • db_insert 当已经有这个key时会返回失败
    • db_replace 当没有这个key时会返回失败
    • db_store 综合了上面两种情况，有时replace，没有时insert
  • db_fetch 获取一个key对应的data
  • db_delete 删除一个key
  • db_rewind/db_nextrec 用来无序遍历数据库中的所有key
  • db_dump 是我自己加的一个接口，用来打印数据库内部状态，如索引哈希表、索引空闲节点列表，调试时使用

 

实现比较长，就不贴了，只给一个链接：

依据书中代码，纯手工输入，同时加入了习题中可以指定索引哈希表大小的能力

（编译时指定 has_hashsize 宏，运行时通过环境变量 apue_db_hash_size 指定具体的哈希值，当然这个只在创建数据库时起作用，如果数据库已经存在，

将直接使用数据库中记录的哈希表大小值，如果没有环境变量，使用 nhash_def 作为默认的哈希表尺寸，ps：尽量使用质数来保证哈希效果）

有了sdk，搞个数据库小工具就是小菜一碟了： 

  1 #include "../apue.h"
  2 #include "apue_db.h"
  3 #include <fcntl.h>
  4 #include <strings.h>
  5 #include <errno.h>
  6 
  7 void usage ()
  8 {
  9     printf ("usage: db filename insert key data\n"); 
 10     printf ("       db filename query key\n"); 
 11     printf ("       db filename delete key\n"); 
 12     printf ("       db filename walk\n"); 
 13     printf ("       db filename dump\n"); 
 14     exit (-1); 
 15 }
 16 
 17 int main (int argc, char *argv[])
 18 {
 19     if (argc < 3) 
 20         usage (); 
 21 
 22     char *filename = argv[1]; 
 23     char *action = argv[2]; 
 24     char *key = null; 
 25     char *data = null; 
 26     if (strcasecmp (action, "walk") == 0 
 27             || strcasecmp (action, "dump") == 0)
 28     {
 29         // no extra param
 30     }
 31     else if (strcasecmp (action, "delete") == 0 
 32             || strcasecmp (action, "query") == 0)
 33     {
 34         if (argc < 4)
 35             usage (); 
 36 
 37         key = argv[3]; 
 38     }
 39     else if (strcasecmp (action, "insert") == 0)
 40     {
 41         if (argc < 5)
 42             usage (); 
 43 
 44         key = argv[3]; 
 45         data = argv[4]; 
 46     }
 47     else 
 48     {
 49         usage (); 
 50     }
 51 
 52     dbhandle db; 
 53     char *ptr = null; 
 54 #ifdef has_hashsize
 55     int hashsize = 0; 
 56     ptr = getenv ("apue_db_hash_size"); 
 57     if (ptr)
 58         hashsize = atoi (ptr); 
 59 
 60     if (hashsize <= 0)
 61         hashsize = nhash_def; 
 62 
 63     if ((db = db_open (filename, o_rdwr | o_creat /*| o_trunc*/, file_mode, hashsize)) == null)
 64 #else
 65     if ((db = db_open (filename, o_rdwr | o_creat /*| o_trunc*/, file_mode)) == null)
 66 #endif
 67         err_sys ("db_open error"); 
 68 
 69     int ret = 0; 
 70     if (strcasecmp (action, "dump") == 0)
 71     {
 72         db_dump (db); 
 73     }
 74     else if (strcasecmp (action, "walk") == 0)
 75     {
 76         //db_rewind (); 
 77         int n = 0; 
 78         char buf[idxlen_max] = { 0 }; 
 79         while ((ptr = db_nextrec(db, buf)) != null)
 80         {
 81             n ++; 
 82             printf ("[%5d] %s --- %s\n", n, buf, ptr); 
 83         }
 84 
 85         printf ("walk done!\n"); 
 86     }
 87     else if (strcasecmp (action, "insert") == 0)
 88     {
 89         ret = db_store (db, key, data, db_store); 
 90         if (ret < 0)
 91             fprintf (stderr, "insert %s.%s failed, errno %d\n", key, data, errno); 
 92         else if (ret == 1)
 93             fprintf (stderr, "insert %s.%s cover old data\n", key, data); 
 94         else 
 95             printf ("db %s '%s' code %d\n", action, key, ret); 
 96     }
 97     else if (strcasecmp (action, "delete") == 0)
 98     {
 99         ret = db_delete (db, key); 
100         if (ret < 0)
101             fprintf (stderr, "delete %s failed, errno %d\n", key, errno); 
102         else 
103             printf ("db %s '%s' code %d\n", action, key, ret); 
104     }
105     else if (strcasecmp (action, "query") == 0)
106     {
107         ptr = db_fetch (db, key); 
108         //printf ("%s === %s\n", key, ptr); 
109         // only print data to allow assigned in shell script
110         printf ("%s\n", ptr == null ? "nil" : ptr); 
111     }
112     else
113         usage (); 
114 
115     db_close (db); 
116     return ret; 
117 }

 

如果给定的参数不合法，会弹出 usage: 

usage: db filename insert key data
       db filename query key
       db filename delete key
       db filename walk
       db filename dump

 

其中：

  • insert 底层使用 db_store(..., db_store); 来插入一条数据
  • query 底层使用 db_fetch 来查询一条数据
  • delete 底层使用 db_delete 来删除一条数据
  • walk 底层使用 db_nextrec 来遍历所有数据
  • dump 底层使用 db_dump 来查看数据库内部状态

 

好了，有了这个工具，我们就可以用脚本来开展测试工作了，为了验证这个数据库是“靠谱”的，我主要测试的是多进程并行写入、删除的能力。

在开始搞事情之前，我需要先准备一些测试数据，这个由一个awk脚本来完成： 

 1 #! /bin/awk -f
 2 begin {
 3     wordnum = 10
 4     for (i = 1; i <= wordnum; i++) {
 5         printf("%s %s\n", randword(randint(20)), randword(randint(150))) 
 6     }
 7 }
 8 
 9 # randint(n): return a random integer number which is >= 1 and <= n
10 function randint(n) {
11     return int(n *rand()) + 1
12 }
13 
14 # randlet(): return a random letter, which maybe upper, lower or number. 
15 function randlet() {
16     return substr("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789", randint(62), 1)
17 }
18 
19 # randword(len): return a rand word with a length of len
20 function randword(len) {
21     randw=""
22     for( j = 1; j <= len; j++) {
23         randw=randw randlet()
24     }
25     return randw
26 }

 

执行这个脚本，得到测试数据文件： 

$./gen.awk > demo
$ cat demo 
s0jkl kejwe4q3nnjugfj0cgnasgdpp3vs45x3wum9krf6sgmirefmrnbccecjyqhqqcrb5fc61hao1bv2x6xz6klta4jztenhcaugammwe95nu7fnsyar4wz279jhov
tmd516yvmt jb2ng30ndaal5vpzp8dqx0rlrivxjonim64an6uvc7utliirpeq
bohc40pkxhcbcu8 yo1vvwxtp4ujibrfwno6eznxbonzwrrvrcx0xi1dckshcsacgoqkbr1pwoqsdcg5jbwi4smrlgf
pw1o1fcg6khim zmdlgy0oesaswyzrprjjcjxoz0h9obp5ortqmvxu2xgs9lrxafcuizfholvt1ee
galrfwb yphtihoevu46gdh6x55jbqmr9t9mi5piwcllwe1sy1lukqn2eqjae9tz0btpmnj7nvenvaepjebhai
2x stan43mmzxs8h3witgkcutkwgrxle8pyputc2suetv9igtejxiim2b6x44ch9xgzjkxsmp2rewv2wjrbhsvfzamtayz32h5l5prksdhqmmu1l
zw4dqi 6tnikssfmblvjs4jbtxkfylvdecvgmb1eypdcvnvqbxcuumpmdgsdufvl726mkkgzmu5nfloqrcm4y8athrnmxilqteame5aydgj5jevnkmwrt9mqwe8sykvslhjtdj9lwsgcn2iz2eznmn6elzby7
0jde uqqfjqpluzkxybyfzylrdigynn8rs09txwv7umjlyrpe7c1freb5hghwueu37bscj0v5l1cxnylabzf4t4loxtiv97o7xxg4qmk5ir2
ynsph9ev0rnu0yu i3xvwf8h7to0
uivjvvxnsn60cre grro31pcjdux83cjbthveksrvqhzcxnlwba3rcpus0yhwm4oxisdzn0jnj

 

这个文件每行都是一个 "key data"，其中 key 为 1-20 长度的随机字符串，data 为 1-150 长度的随机字符串，共10条。

写入数据的测试脚本就可以这样写了： 

 1 #! /bin/sh
 2 old_ifs="$ifs"
 3 ifs=" "
 4 while read line
 5 do
 6 #  echo $line
 7   array=($line)
 8   key=${array[0]}
 9   data=${array[1]}
10   echo "$key -> $data"
11   ./db yunh insert $key $data
12 done <demo
13 
14 ifs="$old_ifs"

 

执行这个脚本，结果如下： 

$ ./testi.sh 
s0jkl -> kejwe4q3nnjugfj0cgnasgdpp3vs45x3wum9krf6sgmirefmrnbccecjyqhqqcrb5fc61hao1bv2x6xz6klta4jztenhcaugammwe95nu7fnsyar4wz279jhov
db insert 's0jkl' code 0
tmd516yvmt -> jb2ng30ndaal5vpzp8dqx0rlrivxjonim64an6uvc7utliirpeq
db insert 'tmd516yvmt' code 0
bohc40pkxhcbcu8 -> yo1vvwxtp4ujibrfwno6eznxbonzwrrvrcx0xi1dckshcsacgoqkbr1pwoqsdcg5jbwi4smrlgf
db insert 'bohc40pkxhcbcu8' code 0
pw1o1fcg6khim -> zmdlgy0oesaswyzrprjjcjxoz0h9obp5ortqmvxu2xgs9lrxafcuizfholvt1ee
db insert 'pw1o1fcg6khim' code 0
galrfwb -> yphtihoevu46gdh6x55jbqmr9t9mi5piwcllwe1sy1lukqn2eqjae9tz0btpmnj7nvenvaepjebhai
db insert 'galrfwb' code 0
2x -> stan43mmzxs8h3witgkcutkwgrxle8pyputc2suetv9igtejxiim2b6x44ch9xgzjkxsmp2rewv2wjrbhsvfzamtayz32h5l5prksdhqmmu1l
db insert '2x' code 0
zw4dqi -> 6tnikssfmblvjs4jbtxkfylvdecvgmb1eypdcvnvqbxcuumpmdgsdufvl726mkkgzmu5nfloqrcm4y8athrnmxilqteame5aydgj5jevnkmwrt9mqwe8sykvslhjtdj9lwsgcn2iz2eznmn6elzby7
db insert 'zw4dqi' code 0
0jde -> uqqfjqpluzkxybyfzylrdigynn8rs09txwv7umjlyrpe7c1freb5hghwueu37bscj0v5l1cxnylabzf4t4loxtiv97o7xxg4qmk5ir2
db insert '0jde' code 0
ynsph9ev0rnu0yu -> i3xvwf8h7to0
db insert 'ynsph9ev0rnu0yu' code 0
uivjvvxnsn60cre -> grro31pcjdux83cjbthveksrvqhzcxnlwba3rcpus0yhwm4oxisdzn0jnj
db insert 'uivjvvxnsn60cre' code 0

 

可以看到都插入进去了。如果有兴趣的话，现在可以打开数据库的索引与数据文件，一探究竟： 

$ cat yunh.idx
     0   137     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0   857     
0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0
     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0  1043     0     0     0     0     0
     0     0     0     0   995     0     0     0     0     0     0     0     0     0  1076     0
     0   949     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0  1020
     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0   974     0     0     0     0   885
     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0
     0     0     0     0   918     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0     0
     0     0     0     0     0     0     0     0     0   835
     0  12s0jkl:0:123
     0  18tmd516yvmt:123:52
     0  23bohc40pkxhcbcu8:175:76
     0  21pw1o1fcg6khim:251:64
     0  15galrfwb:315:79
     0  112x:394:110
     0  15zw4dqi:504:151
     0  130jde:655:104
     0  23ynsph9ev0rnu0yu:759:13
     0  23uivjvvxnsn60cre:772:59
$ cat yunh.dat 
kejwe4q3nnjugfj0cgnasgdpp3vs45x3wum9krf6sgmirefmrnbccecjyqhqqcrb5fc61hao1bv2x6xz6klta4jztenhcaugammwe95nu7fnsyar4wz279jhov
jb2ng30ndaal5vpzp8dqx0rlrivxjonim64an6uvc7utliirpeq
yo1vvwxtp4ujibrfwno6eznxbonzwrrvrcx0xi1dckshcsacgoqkbr1pwoqsdcg5jbwi4smrlgf
zmdlgy0oesaswyzrprjjcjxoz0h9obp5ortqmvxu2xgs9lrxafcuizfholvt1ee
yphtihoevu46gdh6x55jbqmr9t9mi5piwcllwe1sy1lukqn2eqjae9tz0btpmnj7nvenvaepjebhai
stan43mmzxs8h3witgkcutkwgrxle8pyputc2suetv9igtejxiim2b6x44ch9xgzjkxsmp2rewv2wjrbhsvfzamtayz32h5l5prksdhqmmu1l
6tnikssfmblvjs4jbtxkfylvdecvgmb1eypdcvnvqbxcuumpmdgsdufvl726mkkgzmu5nfloqrcm4y8athrnmxilqteame5aydgj5jevnkmwrt9mqwe8sykvslhjtdj9lwsgcn2iz2eznmn6elzby7
uqqfjqpluzkxybyfzylrdigynn8rs09txwv7umjlyrpe7c1freb5hghwueu37bscj0v5l1cxnylabzf4t4loxtiv97o7xxg4qmk5ir2
i3xvwf8h7to0
grro31pcjdux83cjbthveksrvqhzcxnlwba3rcpus0yhwm4oxisdzn0jnj

 

这里就不细说了，不过总的感觉，这个数据库还是比较“透明”的。

做多进程并发，这点儿数据当然不够了，我们修改gen.awk，让它生成1000条数据，

然后在插入脚本调用 db 命令的位置，使用后台运行来同时跑多个进程： 

  ./db yunh insert $key $data &

 

这样执行之后，再观察数据库中的数据，通过执行 walk 或 dump，可以看到确确实实有1000条数据插入了。

为了验证数据准确性，甚至我还写了一个校验脚本，这个脚本每次一行从测试数据中读出key与data，然后再去数据库中取数据做对比，

经过验证，一条不差！

 

感兴趣的可以参考一下这个脚本： 

 1 #! /bin/sh
 2 old_ifs="$ifs"
 3 ifs=" "
 4 n=0
 5 while read line
 6 do
 7 #  echo $line
 8   array=($line)
 9   key=${array[0]}
10   data=${array[1]}
11   resp=`./db yunh query $key $data`
12   if [ "$resp" != "$data" ]; then 
13     echo "query $key with $resp != $data"
14     n=$(($n+1))
15   fi 
16 done <demo
17 echo "total different: $n"
18 
19 ifs="$old_ifs"
20

 

最近在做 windows 到 linux 程序移植的工作，其中注册表访问的部分一直很头疼，因为写配置文件实在是又零散又不能保证并发问题，

于是自然而然想到，把这个sdk封装在一个跨平台访问配置信息的类中，用于模拟 windows 上访问注册表的机制，结果很完美。

 

最后总结一下，就是 apue 本身是个大宝库，看似简单的一个demo都蕴藏着巨大的潜力，作者不愧为一代巨匠。

转自：https://www.cnblogs.com/goodcitizen/p/12674680.html

 

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