mandatory and advisory文件锁（File Lock）

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文件锁（File Lock）是一种在特定的时间内只允许一个进程进行访问文件的机制，通过使用文件锁，可以使得多进程访问文件更加安全。
在这片文章中，我们会探索两种不同的文件锁，并且通过实际案例去了解他们的机制和不同之处。

我们会举以下两个例子来解释为什么文件锁（file lock)是必须的

1. 进程A打开并且读一个文件，这个文件关于账户信息
2. 进程B此时也打开并且读这个相同的文件。
3. 现在，进程A改变了一条记录，并且把改变写入了这个相同的文件内
4. 进程B却无法知晓这个文件已经被改变了，这个时候进程B也做了相同记录改变的事情，把它的改变也写入了这个文件内
5. 现在，这个文件只包含了进程B所做的改变

为了避免这类问题的发生，我们使用文件锁（file lock）来使进程串列化。

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接下来我们介绍两种linux的文件锁（advisory尝试性文件锁和mandatory强制性文件锁）

 

1. Advisory Locking
尝试性文件锁需 要各个进程的无私合作，试想A进程获得一个 写 的文件锁，它开始往文件里写操作。 同时B进程，却没有去尝试获取写操作，它也同样可以进行写操作。但是很显然，B进程违反了游戏规则。我们称之为不合作进程。 尝试性文件锁，需要各个进程遵守统一规则，在文件访问时，都要礼貌的去尝试获得文件锁，然后进一步操作。

 

2.Mandatory Locking
强制性文件锁不需要进程的合作，强制性文件锁是通过内核强制检查文件的打开，读写操作是否符合文件锁的使用规则。
为了是强制性文件锁工作，我们必须要在文件系统上激活它，必要的操作包括

1. 挂载mount文件系统，通过 “-o mand”参数选项

1. 对于文件锁施加的文件，打开 set-group-id 位，并且关闭 group-execute 位。我们必须选择这种顺序，因为你一旦关闭 group-execute 位，set-group-id 就没有意义了

 

Linux 系统下文件锁的实际案例

为了了解linux系统下文件锁的原理，我们创建 file_lock.c 文件

#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);
      }
    }
  }
}

然后编译文件gcc

# cc -o file_lock file_lock.c

重新挂载文件系统，当然，必须以root身份才可以挂载，

# mount -oremount,mand /

新建两个新的文件，一个 “advisory.txt”, 另一个为 “mandatory.txt”文件，同时对“mandatory.txt” 文件开启 set-group-id 位，关闭 group-execute 位。

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

测试：

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1. 测试 advisory.txt 文件

现在运行刚才编译 file_lock 可执行文件，

 

# ./file_lock advisory.txt

这个程序会等待用户的输入，我们另开一个terminal， 并且输入以下命令：

# ls >>advisory.txt

在上面的例子中， ls 命令会把当前的名录文件信息全部写入到 advisory.txt文件中，尽管我们的file_lock程序中尝试获得write 写文件锁，但 ls 依然可以写入。

2. 测试 mandatory.txt 文件

现在运行刚才编译 file_lock 可执行文件，

 

# ./file_lock mandatory.txt

这个程序会等待用户的输入，我们另开一个terminal， 并且输入以下命令：

# ls >>mandatory.txt

在上面的例子中， ls 命令会把当前的名录文件信息全部写入到 advisory.txt文件中，和上面例子不同的在于，ls 命令会等待我们的file_lock 程序退出才写入文件中，尽管ls 进程仍然是个不合作进程，但是强制性文件锁迫使它遵守规则。