Linux中的两种文件锁—协同锁与强制锁
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。
英文原文：Lakshmanan Ganapathy 编译：肖翔