文件锁定(Beginnig Linux Programming 4th) - oceaneys/A-CD-Record-Management-System GitHub Wiki

文件是系统中数据共享的一种方式，当有多个用户访问同一个文件时，就需要对整个文件或文件区域进行并发控制 ———— 文件锁定

文件锁定的方式有两种：锁文件 和 区域锁定

锁文件

本质是一个普通文件，只是其是针对某个资源而创建的

其他程序可以通过检查这个文件是否存，来判断其本身是否可以访问该锁文件对应的资源。

锁文件的创建必须是原子的，通常的方式：open("/tm/LCK.test", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444)

临界区

如果一个程序在他执行时，只需要独占某个资源一段很短的时间 ———— 这用术语来说，通常被称为临界区。（P223,4b）

程序在进入临界区时用open系统调用创建锁文件，然后在退出临界区时用unlink系统调用删除该锁文件。

区域锁定

文件段锁定 或 文件区域锁定

在访问同一个大型的共享文件时，需要对文件的某个区域（连续的字节区间）进行独占访问，可以通过区域锁定来实现。

系统调用fcntl和lockf可以实现区域锁定，fcntl较lockf更为灵活，一般用fcntl实现。同一个程序中最好只用一种方式，混用时的结果没有定义。

fcntl(int fields, int command, struct flock *flock_structure)

command有三种取值：
F_GETLK : 获取fileds指向文件的锁信息，不会锁定文件。
F_SETLK : 对fileds指向文件的某个区域加锁或解锁
F_SETLKW : 等待直到对fileds指向的文件的某个区域加锁或解锁成功

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struct flock{
   short l_type;
   short l_whence;
   off_t l_start;
   off_t l_len;
   pid_t l_pid;
}

l_type取值：
F_FDLCK: 共享锁（读锁），不同进程可以同时持有同一文件的同一区域的共享锁，和其他锁互斥
F_UNLCK: 解锁，用来清除锁
F_WRLCK: 独占锁（写锁），只有一个进程可以在文件的任意区域持有一把独占锁，和其他锁互斥

**文件中的每个字节在任一时刻只能持有一种类型的锁：共享锁、独占锁或解锁。**

l_whence取值如下：（其定义了l_start的相对偏移值）
SEEK_SET: 文件头，l_start表示距离文件头的字节数
SEEK_CUR: 当前位置，l_start表示距离当前位置的字节数
SEEK_END: 文件尾，l_start表示距离文件尾的字节数

l_len是字节数

l_pid是持有锁的进程号

建议锁和强制锁

文件锁定的方式都是建议锁，加锁后并不能真正阻止你读写文件中的数据。其本质上是保护临界区数据的一种协议，即在进入临界区前加锁，离开时解锁。

应用程序中的其他并发控制方式（如果是锁实现），也大都是建议锁（鄙人见识而已）

强制锁的案例，是多用户打开一个文件时，后打开的文件会提示以下信息：

Swap file ".lock2.c.swp" already exists!
[O]pen Read-Only, (E)dit anyway, (R)ecover, (Q)uit, (A)bort:

该提示如果默认时Q(uit)的处理方式，则就相当于强制锁。（个人理解）

死锁

A、B资源在两个临界区，即各对应一把锁。

程序1的访问顺序是A->B，先拿A锁，没有解锁情况下，再拿B锁 程序2的访问顺序是B->A，先拿B锁，没有解锁情况下，在那A锁

程序1和程序2同时运行，就会出现死锁： 程序1想拿B锁，但是B锁被程序2持有；程序2想拿A锁，但是A锁被程序1持有。

（这里只描述死锁现象，没有考虑现实中是否有上述案例）

解决办法

1. 访问顺序一致（统一访问顺序为A->B,或则B->A）
2. 先释放占有资源（程序1释放A锁后再拿B锁，同理程序2）
3. 一次性占有所有资源（A\B资源一把锁）