飞凌嵌入式ElfBoard-文件I/O的深入学习之文件锁

前面有讲过竞争冒险的问题，如果有多个进程对文件进行I/O操作，容易产生竞争状态、导致文件中的内容与预想的不一致的问题，由此引入文件锁。

内核提供的锁机制用于对共享资源的访问进行保护，而文件锁是一种应用于文件的锁机制，当多个进程同时操作同一文件时，对文件上锁，来避免多个进程同时操作同一文件时产生竞争状态。

文件锁可以分为建议性锁和强制性锁两种：

建议性锁本质上是一种协议，程序访问文件之前，先对文件上锁，上锁成功之后再访问文件，这是建议性锁的一种用法。顾名思义，在没有对文件上锁的情况下直接访问文件，也是可以访问的。

强制性锁比较好理解，它是一种强制性的要求，如果进程对文件上了强制性锁，其它的进程在没有获取到文件锁的情况下是无法对文件进行访问的。强制性锁会让内核检查每一个I/O操作验证调用进程是否是该文件锁的拥有者，否则将无法访问文件。当一个文件被上锁进行写入操作的时候，内核将阻止其它进程对其进行读写操作。采取强制性锁对性能的影响很大，每次进行读写操作都必须检查文件锁。

flock用于对文件加锁或者解锁，但是只能产生建议性锁，并且同一个文件不会同时具有共享锁和互斥锁。

1.头文件

#include <sys/file.h>

2.函数原型

int flock(int fd, int operation);

3.参数

fd：表示需要加锁文件的文件描述符。

operation：指定了操作方式，可以设置为以下值的其中一个：

LOCK_SH：在fd引用的文件上放置一把共享锁。所谓共享，指的便是多个进程可以拥有对同一个文件的共享锁，该共享锁可被多个进程同时拥有。

LOCK_EX：在fd引用的文件上放置一把排它锁（或叫互斥锁）。所谓互斥，指的便是互斥锁只能同时被一个进程所拥有。

LOCK_UN：解除文件锁定状态，解锁、释放锁。

除了以上三个标志外，还有一个标志：

LOCK_NB：表示以非阻塞方式获取锁。默认情况下，调用flock无法获取到文件锁时会阻塞、直到其它进程释放锁为止，如果不想让程序被阻塞，可以指LOCK_NB标志，如果无法获取到锁，应立刻返回（错误返回，并将errno设置为EWOULDBLOCK），通常与LOCK_SH或LOCK_EX一起使用，通过位或运算符组合在一起。

4.返回值

成功将返回 0，失败返回-1，并会设置errno。

5.示 例

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| #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/file.h> #include <signal.h> static int fd; char *name; static void sig_handler(int sig){ if (sig != SIGUSR1) return; flock(fd,LOCK_UN); close(fd); printf("%s is unlock\n",name); exit(0); } int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 2) { printf("usage:flocktest filename\n"); return -1; } fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777); if (fd < 0) { perror("open file"); return -1; } if (flock(fd, LOCK_EX | LOCK_NB) < 0) { perror("flock file"); close(fd); return -1; } name = argv[1]; printf("flock file %s succeed\n", name); signal(SIGUSR1, sig_handler); while (1) sleep(1); return 0; } |

以上先通过传参获取要打开的文件，并对文件进行加锁操作，然后设置当接收到SIGUSR1信号时，解锁并结束进程，未收到信号则一直循环等待。

另一个进程：

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| #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/file.h> #include <signal.h> #include <string.h> int main(int argc, char *argv[]) { int pid, fd; char *name; char buf[30] = "flock2 test"; char buf2[30]; if (argc != 3) { printf("usage:flocktest filename pid\n"); return -1; } pid = atoi(argv[2]); fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777); if (fd < 0) { perror("open file"); return -1; } if (flock(fd, LOCK_EX | LOCK_NB) < 0) { perror("第一次加锁失败"); if (write(fd, buf, strlen(buf)) < 0) { perror("flock2 write"); exit(-1); } if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) < 0) { perror("lseek error"); exit(-1); } if (read(fd, buf2,strlen(buf)) < 0) { perror("read error"); exit(-1); } if (strcmp(buf,buf2) == 0) { printf("读写相同\n"); } kill(pid,SIGUSR1); sleep(1); if (flock(fd, LOCK_EX | LOCK_NB) < 0) perror("第2次加锁失败"); else printf("第2次加锁成功\n"); } return 0; } |

在此程序中，同样对传参指定的文件进行加锁操作，当加锁失败后，先写入特定内容，然后读取对比，可以看到下面实际运行时，打印信息"读写相同"，说明虽然有锁，但是仍然可以进行IO操作。而后通过kill向传参指定的上一个进程的pid发生SIGUSR1信号，使flock1进程触发解锁以及退出进程操作。而后flock2再次进行加锁，可以看到打印信息中"第2次加锁成功"。

6）编译运行并查看测试结果

有几点需要注意：

1、同一进程对文件多次加锁不会导致死锁。

2、文件关闭的时候，会自动解锁。

3、一个进程不可以对另一个进程持有的文件锁进行解锁。

4、由fork创建的子进程不会继承父进程所创建的锁。

5、当一个文件描述符被复制时，会共用同一个文件锁。