Linux文件锁

Posted 2022-11-28 uestclr

当多个进程同时操作一个文件时，必然会引发数据之间的冲突，例如一个进程在读文件，另一个进程却在写文件，或者是两个进程都在同时写文件。为了使得多个进程操作文件时的安全性，可以使用文件锁。

文件锁允许多个进程同时读文件（因为读操作并没有影响文件的内容），但不允许同时写，一些读一些写也不行，所以文件锁分为读锁和写锁。读锁的效果是允许其他进程读文件，但不允许其他进程写文件，而写锁的效果是即不允许其他进程读文件，也不允许其他进程写文件。

文件锁的代码实现主要依赖于函数fcntl()和一个结构体struct flock来实现。

fcntl(int fd,F_SETLK/F_SETLKW,struct flock*)，第一个参数时操作文件的文件描述符，第二个参数时一个宏，代表锁定的方式，F_SETLK表示锁定失败就返回-1，而F_SETLKW表示锁不上就一直等待，等到其他进程释放锁时候才加锁。一般有两种选择，第三个参数是一个锁结构指针。

struct flock

   short l_type;//锁的类型，包括读锁，写锁和释放锁

   short l_whence;//锁定起始点的参考位置

   off_t l_start;//锁定起始点的偏移量

   off_t l_len;//锁定区域的大小，锁定的长度

   pid_t l_pid;//锁定进程的PID，只有GETLK用的到，给-1即可

;

l_type锁的类型：F_RDLCK/F_WRLCK/F_UNLCK（包括读锁，写锁，和释放锁）

l_whence:SEEK_SET/SEEK_END/SEEK_CUR（分别表示从头开始，从末尾开始和从当前位置开始偏移）

注意：文件锁不是锁定整个文件，而是锁定文件的一部分。锁定部分由l_whence/l_start/l_len三个联合决定；

 

比如：l_whence选择SEEK_SET,l_start = 10,l_len = 20;锁定的区域就是：第11个到第30个（文件头偏移10，锁定20个字节）。

void main()
   int fd = open("a.txt",O_RDWR);
   if (fd == -1) perror("open"),exit(-1);
   struct flock lock;
   lock.l_type = F_RDLCK;//写锁
   lock.l_whence = SEEK_SET;
   lock.l_start = 10;
   lock.l_len = 20;
   lock.l_pid = -1;
   int res = fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
   if (res == -1) printf("上锁失败！\\n");
   else printf("锁定成功\\n");
   sleep(15);
   close(fd);

有一点值得注意的是，文件锁的正确使用方式应该是读锁和read()函数一起使用，而写锁必须和write()一起使用，例如上面的代码中只要写过程没有完成，是不能去读的，但是我们在另一个进程去用read去读a.txt是可以读到的。

而读写锁的正确使用方式是在读之前加一把读锁，而在写之前加一把写锁。文件锁并不能锁定读写的函数read()/write(),只能阻止其他进程的加锁行为，导致其他进程加不上锁，因此：文件锁的正确用法，在调用read函数之前应该加上一把读锁，在调用之前加一个写锁，读写完毕之后马上释放锁；

void main()
   int fd = open("a.txt",O_RDWR);
   if (fd == -1) perror("open"),exit(-1);
   struct flock lock;
   lock.l_type = F_RDLCK;
   lock.l_whence = SEEK_SET;
   lock.l_start = 10;
   lock.l_len = 5;
   lock.l_pid = -1;
   int res = fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
   if (res == -1) printf("上锁失败！\\n");
   else printf("锁定成功,开始读文件\\n");
   char buf[5] = ;
   read(fd,buf,sizeof(buf));
   sleep(25);
   printf("读完了，释放锁\\n");
   lock.l_type = F_UNLCK;
   fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
   sleep(10);
   close(fd);
   printf("%s\\n",buf);

上面的代码加了读锁，下面是写的代码。

#include "myfile.h"

void main()
   int fd = open("a.txt",O_RDWR);
   if (fd == -1) perror("open"),exit(-1);
   struct flock lock;
   lock.l_type = F_WRLCK;
   lock.l_whence = SEEK_SET;
   lock.l_start = 10;
   lock.l_len = 20;
   lock.l_pid = -1;
   int res = fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
   if (res == -1)
      printf("上锁失败！\\n");
   
   else //只有上锁成功才能进行读写操作
      printf("锁定成功\\n");
      write(fd,"ooooo",5);
   
   close(fd);

可以测试，在读的过程没有结束之前，就是读锁没有释放之前，去进行写操作的话，写锁是无法成功锁上的，而只有当读锁被释放了之后，才能成功加上写锁。

上面所有代码都必须包含myfile.h头文件，这个头文件的内容是：

#ifndef _MYFILE_H
#define _MYFILE_H
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#endif