APUE学习笔记(20)-文件记录锁

写在前面

1.          本文内容对应《 UNIX 环境高级编程》 ( 第 2 版 ) 》第 14 章。

2.          总结了文件记录锁的基本概念和使用方法。

3.          希望本文对您有所帮助，也欢迎您给我提意见和建议。

 

记录锁

记录锁（ record locking ）的功能是：锁定文件中的一个区域（也可能是整个文件），使得当一个进程正在读或修改文件的某个部分时，它可以阻止其它进程修改同一文件区。其互斥规则与读写锁相同。 POSIX.1 标准使用 fcntl 函数作为记录锁的接口。

#include <fcntl.h> int fcntl(int filedes, int cmd, ... /* struct flock *flockptr */ ); Returns: depends on cmd if OK, -1 on error struct flock {      short l_type;   /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */      off_t l_start;  /* offset in bytes, relative to l_whence */      short l_whence; /* SEEK_SET, SEEK_CUR, or SEEK_END */      off_t l_len;    /* length, in bytes; 0 means lock to EOF */      pid_t l_pid;    /* returned with F_GETLK */ };

对于记录锁， cmd 是 F_GETL K 、F_SETLK 或F_SETLKW 。第三个参数是一个指向flock 结构的指针。

l          F_GETLK ：判断由 flockptr 所描述的锁是否会被另外一把锁所排斥（阻塞）。如果存在一把锁，则把该现锁的信息写到 flockptr 指向的结构中。如果不存在，则除了将 l_type 设置为 F_UNLCK 之外，结构中的其它信息保持不变。

l          F_SETLK ：设置由 flcokptr 所描述的锁。如果试图建立一把读锁（ l_type 设为 F_RDLCK ）或写锁（ l_type 设为 F_WRLCK ） , 而按照锁互斥规则不能允许，则 fcntl 立即出错返回， errno 设置为 EACCES 或 EAGAIN 。如果不希望在建立锁时可能产生的长期阻塞，则应使用此项，并对返回结果进行测试，以判别是否成功地建立了所要求的锁。

l          F_SETLKW ：这是 F_SETLK 的阻塞版本。

对于 flock 结构，说明如下：

n          l_type 为锁的类型，可以是 F_RDLCK （共享读锁）、 F_WRLCK （独占性写锁）或 F_UNLCK （解锁一个区域）。

n          要加锁或解锁区域的起始字节偏移量由 l_start 和 l_where 两者决定。

n          区域的字节长度由 l_len 表示。

n          具有能阻塞当前进程的锁，其持有进程的 ID 存放在 l_pid 中，仅由 F_GETLK 返回。

n          flock 描述的区域可以在当前文件尾端处开始或越过其尾端处开始，但是不能在文件起始位置之前开始。

n          若 l_len 为 0 ，则表示锁的区域从其起点开始直到最大可能偏移量为止，即不管添加到该文件中多少数据，它们都处于锁的范围内。

n          为了锁整个文件，可以将 l_start 指定为 0 ， l_whence 指定为 SEEK_SET ，且 l_len 指定为 0 。

关于记录锁，还需要记忆的要点有：

u        如果一个进程对一个文件区间已经有了一把锁，后来该进程又试图在同一文件区间再加一把锁，那么新锁将替换老锁。

u        加读锁时，文件描述符必须是读打开；加写锁时，文件描述符必须是写打开。

u        在设置或释放记录锁时，系统按要求组合或裂开相邻区。

u        F_GETLK 指示是否有现存的锁阻止调用进程设置它自己的锁，因此不能用它来测试进程自己是否在文件的某一部分持有一把锁，因为进程可以在这一区域用新锁替换老锁。

u        如果一个进程已经控制了文件中的一个加锁区域，然后又试图对另一个进程控制的区域加锁，则有发生死锁的可能性。内核将检测死锁，并选择一个进程接收出错返回。

u        当一个进程终止时，它所建立的锁全部释放。

u        因为 flock 结构关联在 v 结点上，任何时候关闭一个描述符时，进程通过这一描述符可以引用的文件上的任何一把锁都被释放。

u        由 fork 产生的子进程不继承父进程所设置的记录锁。

u        在执行 exec 后，新程序可以继承原执行程序的锁。但是，如果对一个文件描述符设置了 close-on-exec 标志，那么对相应文件的所有记录锁都将被释放。

u        对一个特定文件打开其设置组 ID 位并关闭其组执行位，则对该文件开启强制性锁机制。

实验程序如下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include "apue.h"   int lock_reg(int fd, int cmd, int type, off_t offset, int whence, off_t len) {      struct flock lock;      lock.l_type = type;    /* F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */      lock.l_start = offset; /* byte offset, relative to l_whence */      lock.l_whence = whence;     /* SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */      lock.l_len = len;      /* #bytes (0 means to EOF) */      return(fcntl(fd, cmd, &lock)); }   void print_lock(struct flock *lock) {      printf("lock: type=%d, start=%d, whence=%d, len=%d, pid=%d/n",          lock->l_type, lock->l_start, lock->l_whence, lock->l_len, lock->l_pid); }   pid_t lock_test(int fd, int type, off_t offset, int whence, off_t len) {      struct flock lock;        lock.l_type = type;    /* F_RDLCK or F_WRLCK */      lock.l_start = offset; /* byte offset, relative to l_whence */      lock.l_whence = whence;     /* SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */      lock.l_len = len;      /* #bytes (0 means to EOF) */      if (fcntl(fd, F_GETLK, &lock) < 0)        err_sys("fcntl error");      if (lock.l_type == F_UNLCK)        return(0);       /* false, region isn't locked by another proc */      else      {        print_lock(&lock);        return(lock.l_pid);  /* true, return pid of lock owner */      } }   int main() {      char buf[20]="hello world.";       int fd1, fd2;      pid_t pid;          if((fd1 = open("templock", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC , S_IRUSR|S_IWUSR)) < 0)        err_sys("open error");      /* 能够越过文件尾端加锁，第1 字节的写锁*/      if(lock_reg(fd1, F_SETLK, F_WRLCK, 0, SEEK_END, 1) < 0)        err_sys("F_SETLK F_WRLCK 1 error");      if(write(fd1, buf, strlen(buf)+1) != strlen(buf)+1)        err_sys("write error");      /* 第2 字节的写锁*/      if(lock_reg(fd1, F_SETLK, F_WRLCK, 1, SEEK_SET, 1) < 0)        err_sys("F_SETLK F_WRLCK 2 error");      /* 第3 字节的读锁*/      if(lock_reg(fd1, F_SETLK, F_RDLCK, 2, SEEK_SET, 1) < 0)        err_sys("F_SETLK F_RDLCK 3 error");      fd2 = dup(fd1);      /* 不能检测自己的锁*/      if(lock_test(fd2, F_RDLCK, 0, SEEK_SET, 2) == 0)        printf("parent no F_RDLCK, 0, SEEK_SET, 2/n");      if((pid = fork()) < 0)        err_sys("fork error");      else if(pid == 0)      {        /* 锁合并，返回第1-2 字节的写锁*/        if(lock_test(fd2, F_RDLCK, 0, SEEK_SET, 3) == 0)             printf("child no F_RDLCK, 0, SEEK_SET, 3/n");        /* 读锁不互斥*/        if(lock_test(fd2, F_RDLCK, 2, SEEK_SET, 1) == 0)             printf("child no F_RDLCK, 2, SEEK_SET, 1/n");        exit(0);      }      if(waitpid(pid, NULL, 0) < 0)        err_sys("waitpid error");      exit(0); }

         运行结果如下：

pydeng@pydeng-laptop:~/apue.2e/mytest$ ./a.out parent no F_RDLCK, 0, SEEK_SET, 2 lock: type=1, start=0, whence=0, len=2, pid=5772 child no F_RDLCK, 2, SEEK_SET, 1