Linux中的两种文件锁—协同锁与强制锁

转自 http://blog.jobbole.com/16882/

 

文件锁是一种文件读写机制，在任何特定的时间只允许一个进程访问一个文件。利用这种机制能够使读写单个文件的过程变得更安全。

在这篇文章中，我们将探讨Linux中不同类型的文件锁，并通过示例程序来理解它们之间的不同之处。

我们将采取以下的例子来解释为什么需要使用文件锁。

1、  进程“A”打开和读取一个文件，此文件包含账户相关的一些信息。

2、  进程“B”也打开了这个文件，并读取了文件中的信息。

3、  现在，进程“A”更改了其副本中的一条余额记录，并将其写入文件。

4、  此时，进程“B”并不知道上次读取的文件已经被更改，它还保存着原始的文件副本。然后，进程“B”更改了“A”操作的那条相同的记录，并将记录写入文件。

5、  此时，文件中将只保存了进程“B”更改过的记录。

为了避免这种事情发生，就要使用文件锁来确保操作的“序列化”。

 

以下是Linux系统中两种常用的文件锁：

1、  协同锁

2、  强制锁

1、  协同锁

协同锁要求参与操作的进程之间协同合作。假设进程“A”获得一个WRITE锁，并开始向文件中写入内容；此时，进程“B”并没有试图获取一个锁，它 仍然可以打开文件并向文件中写入内容。在此过程中，进程“B”就是一个非合作进程。如果进程“B”试图获取一个锁，那么整个过程就是一个合作的过程，从而 可以保证操作的“序列化”。

只有当参与操作的进程是协同合作的时候，协同锁才能发挥作用。协同锁有时也被称为“非强制”锁。

 

2、  强制锁

强制锁不需要参与操作的进程之间保持协同合作。它利用内核来查检每个打开、读取、写入操作，从而保证在调用这些操作时不违反文件上的锁规则。关于强制锁的更多信息，可以在kernal.org 上找到。

为了使能Linux中的强制锁功能，你需要在文件系统级别上打开它，同时在单个文件上打开它。其步骤是：

1、  挂载文件系统时使用“-o mand”参数。

2、  对于要打开强制锁功能的文件lock_file，必须打开set-group-ID位，关闭group-execute位。（选择此方法的原因是，当你关闭group-execute时，设置set-group-ID就没有实际的意义了）

 

Linux文件锁的示例

为了理解文件锁是如何工作的，我们建立程序文件file_lock.c：

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

 

int main( int argc, char **argv) {

   if (argc > 1) {

     int fd = open(argv[1], O_WRONLY);

     if (fd == -1) {

       printf ( "Unable to open the file\n" );

       exit (1);

     }

     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();

 

     int ret = fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);

     printf ( "Return value of fcntl:%d\n" ,ret);

     if (ret==0) {

       while (1) {

         scanf ( "%c" , NULL);

       }

     }

   }

}

 用gcc编译此程序：

# cc -o file_lock file_lock.c

使用mount命令带“mand”参数来重新挂载根文件系统，如下所示。这将在文件系统级别使能强制锁功能。注意： 你必须切换到root用户才能执行下面的命令。

# mount -oremount,mand /

在可执行的（file_lock所在的）目录中创建两个名为“advisory.txt”和“mandatory.txt”的文件。对于“mandatory.txt”使能Set-Group-ID，同时不使能Group-Execute-Bit，如下所示：

# touch advisory.txt

# touch mandatory.txt

# chmod g+s,g-x mandatory.txt

 

测试协同锁： 执行示例程序，以“advisory.txt”作为参数。

# ./file_lock advisory.txt

此程序将等待用户的输入。从另一个终端或控制台，尝试输入以下命令行：

# ls >>advisory.txt

在上面的例子中，ls命令会将其输出写入到advisory.txt文件中。即使我们获得了一个写入锁，仍然会有一些进程（非合作）能够往文件里写入数据。这就是所谓的“协同”锁。

 

测试强制锁： 再次执行示例程序，以“mandatory.txt”作为参数。

# ./file_lock mandatory.txt

从另一个终端或控制台，尝试输入以下命令行：

# ls >>mandatory.txt

在上面的例子中，ls命令在将其输出写入到mandatory.txt文件之前，会等待文件锁被删除。虽然它仍然是一个非合作进程，但强制锁起了作用。