0 前言

因为是同步写入，所以不具有在生产环境中的实际应用价值，只是基于对无锁写入方案的一个探讨。

1 日志系统应该满足的要求

1. 高效，作为一个日志系统，不应该占据太多资源
2. 简洁，尽量不要引入太复杂的依赖（log4cpp库），给系统开发带来难度
3. 线程安全，服务端的各个线程都能同时读写日志
4. 轮替问题，如果半年到一年的日志放到一个文件会导致文件过大
5. 及时保存，程序故障导致异常退出，如果日志还留在缓冲区就会导致丢失

2 难点问题及其解决

当我选择弃用log4cpp等庞大的库的时候，就意味着需要自己去解决3-5等问题。

2.1 线程安全

解决线程安全应当考虑不引入锁，因为加锁会带来复杂性和性能问题，所以应当考虑更wakuwaku的解决方案。

1. 使用O_APPEND方式打开文件，这个标记让write写出的内容添加到文件末尾，移动文件指针与输出内容是原子的，由操作系统来保证原子性。因此这个标记保证在多线程/多进程调用write也能够保持输出的内容不会相互覆盖错乱，nginx的日志也利用了这个标记来达到多进程不干扰。
2. 每一次log，都会生成包括了时间的最终输出字符串，调用write，写出到日志系统的文件描述符fd。当write返回时，日志已经写到操作系统，不管程序是否崩溃，只要操作系统不崩溃，那么输出的内容就会保存到日志文件中。

2.2 轮替问题

2.2.1 有锁方案

轮替的过程中，需要关闭当前文件并打开新文件，让新的内容写到新文件中，在多线程环境下就需要锁来同步所有线程的日志输出操作，避免写入到不合法的文件描述符中。

2.2.2 无锁方案

可以使用posix中的dup2来实现无锁轮替文件。

//轮替时，首先重命名已打开的日志文件，保持打开状态，
rename(filename, newname);
//然后创建新的日志文件
fd = open(filename,...);
//使用dup2系统函数把fd（新）复制到fd_（旧）上
dup2(fd, fd_);
//关闭fd（新）
close(fd);

其中dup2是原子操作，它会关闭fd_并且把fd_也指向fd打开的文件。因此fd_这个文件描述符总是保持打开状态，并且值不变，但是前后指向了不同的文件，完全不会影响其他线程调用write(fd_, ...)等操作。另一边write也是个原子操作，它与dup2不会交叉进行，因此保证了日志系统的正确性。