[C++知识库]进程间通信（二十）——文件锁

文件锁

优点

• 在所有的IPC通信中效率最高

缺点

• 所有共享内存带来的问题：同步
• 解决方法
  • System V信号量
  • POSIX信号量
  • 文件锁
    • 专门为文件设计的同步技术
    • 适用于操作共享文件映射

文件锁

什么是文件锁

• 英文名：file lock，在同一时刻只允许一个进程对文件进行访问
• 建议性锁：advisory locking，又称协调锁
  1. 内核只提供加减锁以及检测是否加锁，不提供锁的控制与协调工作
  2. 需要多进程相互检测确认的加锁机制
  3. A进程对一个操作的文件加了锁
  4. B进程同样对该文件进行读写操作
  5. 只有当B进程也对该文件加锁，文件锁才能起到同步作用
  6. Linux一般使用建议锁
• 强制性锁：mandatory locking
  1. 进程对文件进行I/O操作是，内核内部会检测该文件是否被加锁
  2. A进程对一个操作的文件加了锁
  3. 当B进程对该文件进行I/O操作时，内核若检测该文件加了强制锁，B进程的操作则会失败

文件锁使用接口

系统调用：flock

• 函数原型：int flock(int fd, int operation);
• 函数功能：给整个文件添加或解除一个建议锁
• 函数参数：operation
  • LOCK_SH：共享锁
  • LOCK_EX：独占锁、排他锁
  • LOCK_UN：移除锁
• TIPS
  • flock只提供加锁、解锁机制、并不提供锁检查
  • 需要用户自己检测，达到多进程同步操作
  • 用户若不自己检测，同样可以对一个已经加锁的文件进行读写操作

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, i;
	char filename[] = "data.log";
	extern int errno;
	fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
	if (fd != -1)
	{
		printf("open file %s success \n", filename);
		printf("please input a num to lock the file.");
		scanf("%d", &i);
		printf("try to lock the file...\n");
		if (flock(fd, LOCK_EX) == 0)
			printf("lock file success\n");
		else
			 printf("lock file failed\n");
	
		write(fd, "hello", 5);
	
		printf("input a num to Unlink the file.\n");
		scanf("%d", &i);
		if (flock(fd, LOCK_UN) == 0)
			printf("file unlock success\n");
		else
			printf("file unlock failed\n");
	
		while(1);
	}
	else
	{
		perror("open");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	return 0;
}

系统调用：fcntl

• 函数原型：int fcntl(int fd, int cmd, .../* arg */);
• 函数功能：给文件(部分文件)进行加锁、解锁操作
• 函数参数：cmd
  • F_SETLK：非阻塞式申请锁
  • F_SETLKW：阻塞式申请锁
  • F_GETLK：获取锁的相关信息
• 记录锁
  • 读锁F_RDLCK，写锁F_WRLCK，释放锁F_UNLCK

int main(int argc, char *argv[])
{
 	if (argc > 1)
	{
		int fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT, 0777);
		if (fd == -1)
		{
			perror("open");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		static struct flock lock;
		lock.l_type  = F_WRLCK;
		lock.l_start = 0;
		lock.l_whence= SEEK_SET;
		lock.l_len   = 0;
		lock.l_pid   = getpid();

		printf("trying lock %s ...\n", argv[1]);
		int ret  = fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);
		if (ret == 0)
		{
			printf("lock %s success\n", argv[1]);
			while(1);
		}
	}
	return 0;
}

系统调用：lockf

• 函数原型：int lockf(int fd, int cmd, off_t len);
• 函数功能：
  • 可以更细粒度地对文件进行加锁、解锁操作
  • 库函数lockf是对系统调用fcntl的封装
• 函数参数：operation
  • F_LOCK：对文件某一区域添加独占锁
  • F_TLOCK：非阻塞式申请锁
  • F_ULOCK：对文件某一区域解锁

int main(int argc, char *argv[])
{
 	int fd, ret;
	int pid;
	fd = open("tmp.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0666);
	ret = flock(fd, LOCK_EX);
	printf("flock return ret:%d\n", ret);
	ret = lockf(fd, F_LOCK, 0);
	printf("lockf return ret:%d\n", ret);
	sleep(30);

	return 0;
}