Linux下各种编程锁的比较[待续]

Posted 2022-06-03 祁峰

• 作者：邹祁峰
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• 日期：2014.09.12
  
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1 概述

　　含有多个线程/进程的系统在运行过程中，往往会出现多个线程/进程在同一时间去读取或修改同一内存地址的数据，为了保证数据的完整性，最常用的方式是使用锁机制。编程锁有很多种，常见的有文件锁、互斥锁、读写锁、信号量、原子锁等等，虽然它们都起着保证数据完整性的作用，但是它们的作用范围、适用场景、时间开销各不相同。本篇将通过实验对各锁的适用场景、时间开销等方面做一个简单的比较和阐述，给今后工作过程中为使用哪种锁更合适而纠结时，提供一个参考依据。

2 文件锁

　　在Linux系统中，文件锁的接口有３种方式：flock()、fcntl()、lockf()。以下将对这两种接口进行分别的说明。

2.1 flock()函数

表1 flock()函数说明

　　其使用的参考代码如下：

图1 flock()参考代码

2.2 fcntl()函数

表2 fcntl()函数说明

　　使用fcntl()实现的锁操作接口如下：

图2 fcntl()非阻塞锁操作

图3 fcntl()阻塞锁操作

　　以上２个函数虽然支持读锁、写锁、解锁等操作，但是参数过多，不太好使用。为了简化接口的使用，可以使用如下宏替代：（因考虑到有线程的读写锁，而fcntl()只支持进程级的锁，因此其命名以proc_开头）

图4 锁的宏定义

2.3 lockf()函数

表3 lockf()函数说明

　　使用lockf()实现的锁操作接口如下：

图5 lockf()示例代码

　　以上３个函数lockf()、fcntl()、flock()实现的互斥锁、读写锁的作用域是进程级的，这种锁不能用来保证多线程中数据的安全性和一致性。

　　假设：有进程３个进程A、B和C同时抢一把进程级的互斥锁L（进程A有多个线程A1、A2、...）。如果进程Ａ抢到了锁Ｌ，那么在进程Ａ释放锁之前，进程Ｂ和Ｃ是无法再加锁成功的。如果Ａ进程抢锁成功是通过线程A1，那么当线程A2、A3、...再执行抢锁Ｌ的操作时，依然会返回加锁成功；如果是由线程Ａn抢到的锁Ｌ，可以由线程Ａx来释放锁Ｌ。

　　使用以上３个函数实现的读写锁的效果和互斥锁的效果，在多线程中是一致的，在此不再赘述。

   总之：以上３个函数lockf()、fcntl()、flock()实现的互斥锁、读写锁的作用域是进程级的，这种锁不能用来保证多线程中数据的安全性和一致性。