448. Find All Numbers Disappeared in an Array

最新推荐文章于 2020-06-04 14:37:26 发布
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本文介绍了一个LeetCode上的算法题目——寻找消失的数。题目要求在给定数组中找到所有未出现的1到n之间的整数，并且要在O(n)的时间复杂度内完成，不能使用额外的空间。文章提供了一种解决方案，利用布尔数组标记已出现的数字，最后返回未被标记的位置对应的下标。

题目来源【Leetcode】

Given an array of integers where 1 ≤ a[i] ≤ n (n = size of array), some elements appear twice and others appear once.

Find all the elements of [1, n] inclusive that do not appear in this array.

Could you do it without extra space and in O(n) runtime? You may assume the returned list does not count as extra space.

Example:

Input:
[4,3,2,7,8,2,3,1]

Output:
[5,6]

这道题比较简单，用一个布尔数组来判断就好，代码如下：

class Solution {
public:
    vector<int> findDisappearedNumbers(vector<int>& nums) {
        int s = nums.size();
        bool exit[s+1] = {false};
        for(int i = 0; i < s; i ++){
            exit[nums[i]] = true; 
        }
        vector<int>disapp;
        for(int  i = 1; i <= s; i++){
            if(exit[i] == false)
                disapp.push_back(i);
        }
        return disapp;
    }
};
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Conf mutator lockfile has disappeared; error condition possible.
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<think>我们正在讨论的是在并发编程中，由于互斥锁（mutex）操作不当导致的锁文件消失可能引发的错误处理问题。具体来说，我们关注的是“Conf mutator mutex lockfile disappeared”这样的错误。 在文件锁（lockfile）的实现中，通常使用一个文件作为锁的标志。当一个进程获得锁时，它创建这个文件；当释放锁时，删除这个文件。如果锁文件在持有锁的进程还在运行时意外消失（例如被其他进程删除或系统错误），那么其他进程可能会错误地认为锁已被释放，从而尝试获取锁，导致多个进程同时进入临界区，破坏互斥性。 为了解决这个问题，我们需要设计一种机制来确保锁文件在持有锁的进程运行期间不会被意外删除，或者即使被删除也能被检测到并采取相应措施。 以下是一些可能的解决方案： 1. **使用文件描述符和文件锁定（advisory locking）**：除了创建锁文件，我们还可以使用操作系统的文件锁定机制（如`fcntl`锁或`flock`）来保护锁文件。这样，即使锁文件被删除，只要文件描述符保持打开状态，锁就不会释放（因为Linux中，文件锁是与文件描述符关联的，而不是文件名）。但是，如果锁文件被删除，其他进程无法打开同一个文件来尝试获取锁（因为文件已经不存在），所以这种方法并不能完全解决锁文件消失的问题。 2. **使用进程持有的文件描述符**：在创建锁文件后，保持该文件描述符打开，直到释放锁。这样，即使有人删除了锁文件，由于进程仍持有该文件的打开状态，文件实际上并没有被真正删除（直到所有文件描述符都关闭）。其他进程在尝试打开该文件时会失败（如果使用`open`函数并且设置了`O_CREAT`和`O_EXCL`标志，则创建会失败，因为文件已经存在，即使它已经被从目录中删除，但inode还存在）。但是，这种方法下，其他进程可能无法检测到锁文件的存在（因为目录项已经消失），所以这不是一个完美的解决方案。 3. **使用inotify监控锁文件**：使用inotify API监控锁文件所在的目录，当锁文件被删除时，持有锁的进程可以立即得到通知并重新创建锁文件。但是，这种方法需要额外的代码来处理inotify事件，并且可能会引入复杂性。 4. **避免删除锁文件**：首先，我们应该确保只有持有锁的进程才能删除锁文件。因此，在释放锁时，由持有锁的进程删除锁文件。同时，我们需要防止其他进程删除锁文件（例如通过设置文件权限）。但是，这无法防止恶意进程或root用户的删除操作。 5. **使用其他同步机制**：考虑使用其他同步原语，如POSIX互斥锁（pthread_mutex_t）或信号量（semaphore），这些通常不会受到文件系统问题的影响。但是，如果跨进程同步，这些机制可能需要在共享内存中创建，并且只适用于同一台机器上的进程。 6. **使用锁文件的替代方案**：例如，使用基于网络的锁服务（如Redis）或操作系统提供的其他同步机制（如System V信号量）。 7. **在锁文件中写入进程信息**：在锁文件中写入持有锁的进程ID（PID）和创建时间（timestamp）。这样，当进程检测到锁文件存在时，可以检查该进程是否仍在运行。如果锁文件被删除，那么当其他进程试图获取锁时，会重新创建锁文件，但此时如果原进程仍在运行，它可以通过检查自身是否持有锁（比如在共享内存中记录状态）来拒绝其他进程的获取。这需要额外的机制来协调。 8. **使用重入锁（reentrant lock）和检查**：在每次使用锁之前，检查锁文件是否存在，如果不存在，则当前持有锁的进程（如果它认为自己持有锁）应该重新创建锁文件，并记录一个错误日志。同时，在临界区的操作中，增加额外的检查来确保锁文件存在，如果发现锁文件消失，则中止操作并回滚。 然而，上述方法都不能完美解决所有情况。因此，在实践中，我们通常结合多种方法： 一种常见的做法是： - 使用`open`创建锁文件时，使用`O_CREAT | O_EXCL | O_WRONLY`标志，确保原子性创建。 - 在创建锁文件后，向文件中写入进程的PID（这样其他进程可以检查该PID是否仍在运行）。 - 保持文件描述符打开（这样即使文件被删除，在进程关闭文件描述符之前，文件实际上不会被删除）。 - 在释放锁时，关闭文件描述符并删除文件。 这样，如果锁文件被意外删除，由于文件描述符仍然被进程持有，文件数据实际上还在（直到所有文件描述符关闭）。其他进程在尝试创建锁文件时，会因为`O_EXCL`标志而失败（因为文件在文件系统中仍然存在，尽管目录项可能被删除了，但inode还存在直到所有描述符关闭）。但是，在Linux中，如果文件被删除（unlink），那么其他进程就无法通过文件名打开它，因此它们无法看到这个文件（因为目录项已经消失）。所以，其他进程在尝试创建锁文件时会成功创建一个新的锁文件，这会导致两个进程同时持有锁。 因此，我们需要一种机制来避免这种情况。一个可行的办法是使用一个固定的文件名，并且要求所有进程在尝试获取锁时，首先检查该文件名是否存在。但这里有一个竞争条件：在检查存在和创建文件之间，文件可能被删除。 所以，更可靠的方法是使用一个目录作为锁，因为目录的删除操作是原子的，并且创建目录（使用`mkdir`）是原子操作（如果目录已存在，则创建失败）。这样，我们可以使用一个目录作为锁标志： - 获取锁：尝试创建目录（使用`mkdir`），如果成功则获得锁。 - 释放锁：删除该目录。 由于目录只能被删除一次（且删除是原子的），所以即使多个进程尝试删除同一个目录，也只有一个会成功（但通常由持有锁的进程删除）。如果目录被意外删除，那么其他进程可以成功创建目录（即获得锁），而原持有锁的进程在释放锁时（尝试删除目录）会失败（因为目录已经被删除了），此时它应该知道自己已经失去了锁，从而中止操作。 但是，这种方法要求文件系统支持目录操作，并且通常比文件锁更重。 考虑到我们讨论的是“Conf mutator mutex lockfile disappeared”错误，这通常发生在配置修改器（conf mutator）使用文件锁的情况下。我们可以采用以下策略来处理锁文件消失的问题： 1. **检测锁文件消失**：在持有锁的进程中，定期检查锁文件是否存在（例如，每次进入临界区操作前，或者使用一个看门狗线程）。如果发现锁文件消失，则触发错误处理：要么立即释放资源并退出，要么尝试重新创建锁文件（但要注意，此时可能有其他进程已经创建了锁文件，导致冲突）。 2. **使用文件锁（flock）**：在创建锁文件后，使用`flock`对该文件进行独占锁定。这样，即使锁文件被删除，只要持有锁的进程保持文件描述符打开，锁就不会释放（因为锁是基于文件描述符的）。其他进程尝试获取锁时，如果打开同一个文件并调用`flock`，会被阻塞。但是，如果锁文件被删除，其他进程将无法打开同一个文件（因为路径不存在），所以它们可能会重新创建一个新的锁文件并尝试获取锁，这就会导致两个进程同时持有锁。 因此，为了避免这种情况，我们需要确保锁文件不会被删除。我们可以通过设置文件权限（例如，只有锁的持有者才能删除）来保护，但这不能完全防止。 3. **使用锁文件目录**：如前所述，使用目录作为锁。 4. **在锁文件中写入进程信息并验证**：当进程发现锁文件消失时，它可以检查是否有其他进程持有相同的锁（通过检查进程列表，看是否有相同PID的进程在运行）。但是，如果进程崩溃，则PID可能被重用，所以还需要创建时间戳。 5. **使用双重检查**：在锁文件中写入足够的信息（如PID、创建时间、主机名等），然后，当进程需要获取锁时，如果锁文件不存在，则尝试创建。如果创建成功，则获得锁。如果锁文件已经存在，则读取其中的信息，检查该进程是否仍在运行。如果不在运行，则删除旧的锁文件并创建新的。 但是，在持有锁的进程运行期间，如果锁文件被删除，那么其他进程在检查时发现锁文件不存在，就会创建自己的锁文件，从而出现两个锁。 因此，最可靠的方法是使用操作系统提供的文件锁（如`flock`）并保持文件描述符打开，同时避免删除锁文件。如果锁文件被删除，那么持有锁的进程应该能够检测到（通过`fstat`检查文件描述符对应的inode是否被删除）并采取行动。 在Linux中，我们可以通过`/proc/self/fd`下的文件描述符链接来访问已经被删除的文件，或者通过`fstat`系统调用检查文件的状态。如果`fstat`返回的`st_nlink`为0，则表示文件已经被删除（但文件描述符仍然有效）。此时，持有锁的进程可以尝试重新创建锁文件（使用相同的inode？）或者放弃锁并报错。 具体步骤： - 进程A获取锁：打开文件，使用`flock`锁定，然后写入自己的PID。 - 进程A保持文件描述符打开。 - 如果锁文件被删除（通过`fstat`发现链接数为0），进程A知道锁文件被删除了。 - 进程A可以选择： a. 立即释放锁（关闭文件描述符，这样锁就释放了）并退出，因为锁文件被删除可能意味着管理员干预或错误。 b. 重新创建锁文件：使用同一个文件描述符，但无法重新创建相同的文件名（因为文件描述符指向的是已经被删除的文件）。所以，进程A可以尝试重新打开同一个文件名的文件（使用`O_CREAT | O_EXCL`），如果成功，则说明没有其他进程创建，然后使用`dup2`将新的文件描述符复制到旧的文件描述符上，并重新写入PID。但是，这期间可能会有其他进程创建了锁文件，导致`O_EXCL`失败，那么进程A就知道有其他进程试图获取锁，此时它应该放弃锁并报错。 这个处理过程比较复杂，而且容易出错。 因此，在实际应用中，我们建议： - 使用专用的文件锁机制（如`flock`）并保持文件描述符打开，同时设置合适的文件权限（例如，只有当前用户或特定组可以删除）。 - 避免在锁文件所在目录进行其他操作，防止误删。 - 如果锁文件被删除，视为严重错误，立即中止持有锁的进程，并进行错误报告。 下面是一个使用`flock`的示例代码（C语言）: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/file.h> #include <errno.h> int main() { const char *lockfile = "/tmp/mylock.lock"; int fd = open(lockfile, O_RDWR | O_CREAT, 0666); if (fd < 0) { perror("open lockfile failed"); exit(1); } if (flock(fd, LOCK_EX) < 0) { perror("flock failed"); close(fd); exit(1); } // 获取锁成功，写入PID char buf[32]; snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", getpid()); if (write(fd, buf, strlen(buf)) < 0) { perror("write pid failed"); } // 检查锁文件是否被删除 struct stat st; if (fstat(fd, &st) < 0) { perror("fstat failed"); // 处理错误 } else { if (st.st_nlink == 0) { // 锁文件已经被删除，处理错误 fprintf(stderr, "锁文件被删除，退出！\n"); // 可以选择释放锁并退出 flock(fd, LOCK_UN); close(fd); exit(2); } } // 执行临界区操作... // 释放锁 flock(fd, LOCK_UN); close(fd); // 删除锁文件（可选，也可以不删除，因为下次获取锁时会覆盖） unlink(lockfile); return 0; } ``` 注意：上面的代码在检测到锁文件被删除后，会释放锁并退出。但是，在临界区操作期间，我们可能希望多次检查锁文件的状态。 另外，由于`flock`锁是劝告锁（advisory），所以需要所有进程都遵守相同的锁协议。 总结：处理锁文件消失的错误需要综合多种方法，包括使用文件锁、定期检查锁文件状态、设置合适的文件权限等。在检测到锁文件消失时，应该视为严重错误，立即中止当前操作并释放锁，以避免数据损坏。 相关问题： 1. 在Linux中，如何检测一个文件是否被删除（但文件描述符仍然打开）？ 2. 除了文件锁，还有哪些跨进程的同步机制？ 3. 如何防止锁文件被意外删除？ 4. 使用目录作为锁文件有什么优缺点？ 5. 在分布式系统中，如何实现互斥锁？</think>### 处理 "Conf mutator mutex lockfile disappeared" 错误 在并发编程中，当使用文件锁（lockfile）作为互斥锁（mutex）时，"lockfile disappeared" 错误表示锁文件在持有锁的进程运行期间被意外删除。这会导致临界区保护失效，可能引发数据竞争或系统状态不一致。以下是系统化的解决方案： #### 1. **根本原因分析** - **意外删除**：其他进程/用户误删锁文件 - **文件系统错误**：存储介质故障导致文件丢失 - **清理脚本**：自动化清理脚本未检查锁状态 - **权限问题**：锁文件权限配置不当[^1] #### 2. **防御性编程策略** ##### (1) 锁文件生命周期管理 ```python import fcntl import os import time LOCKFILE = "/var/tmp/app.lock" def acquire_lock(): fd = os.open(LOCKFILE, os.O_CREAT | os.O_RDWR, 0o600) try: # 非阻塞锁申请 fcntl.flock(fd, fcntl.LOCK_EX | fcntl.LOCK_NB) # 写入持有者信息 (PID + 时间戳) os.write(fd, f"{os.getpid()} {time.time()}".encode()) return fd except (BlockingIOError, PermissionError): os.close(fd) raise LockAcquisitionError("锁已被占用") def release_lock(fd): # 主动删除前验证持有者 if validate_ownership(fd): os.unlink(LOCKFILE) # 删除文件 os.close(fd) ``` ##### (2) 锁文件消失检测 ```python def check_lockfile_integrity(fd): try: # 通过文件描述符检查inode状态 stat_info = os.fstat(fd) if not os.path.exists(LOCKFILE) or stat_info.st_nlink == 0: raise LockfileBreachError("锁文件被破坏") # 定期检查 (每30秒) threading.Timer(30, check_lockfile_integrity, [fd]).start() except Exception as e: emergency_recovery() ``` #### 3. 错误恢复机制 ```mermaid graph LR A[检测到锁文件消失] --> B{是否在临界区内?} B -->|是| C[中止操作并回滚] B -->|否| D[重建锁文件] C --> E[日志告警通知] D --> F[验证系统一致性] E --> G[人工介入] F --> H[继续运行] ``` #### 4. 预防措施 1. **文件权限加固** ```bash chattr +i /var/tmp/app.lock # Linux不可变标记 ``` 2. **监控层增强** - 使用 `inotify` 监听锁文件目录 - 部署审计日志：记录所有删除操作 3. **备用锁机制** ```python # 二级内存锁 (fallback) import threading backup_lock = threading.Lock() ``` #### 5. 系统级建议 - **避免文件锁**：优先使用内存锁（`pthread_mutex`）或分布式锁（如 Redis 锁） - **文件锁优化**：改用 `flock()` 替代基于文件的锁，内核会管理锁生命周期[^2] - **容器化环境**：将锁文件挂载为 `tmpfs` 内存文件系统 --- ### 相关问题 1. **如何验证文件锁的所有权？** - 通过检查锁文件中的进程 ID (PID) 和启动时间戳，验证进程是否仍存活且未重启[^1] 2. **在分布式系统中如何处理锁文件消失问题？** - 使用基于共识算法的锁服务（如 ZooKeeper 临时节点） - 实现租约机制（lease）自动释放失效锁 3. **文件锁 (`flock`) 和 `fcntl` 锁有何区别？** - `flock` 提供整个文件锁定，`fcntl` 支持字节范围锁 - `flock` 锁在文件描述符关闭时自动释放，`fcntl` 锁可继承[^2] 4. **如何防止锁文件被清理脚本误删？** - 将锁文件存放在专用目录（如 `/run/lock`） - 在清理脚本中添加白名单检查 - 使用 `lsof | grep /var/tmp/app.lock` 预检查 [^1]: UNIX 环境高级编程, 文件锁定章节 [^2]: Linux 系统编程手册, 文件 IO 控制部分
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