Linux-进程间通信（六）: 记录锁

1. 记录锁：记录锁的功能是，当一个进程正在读或者修改文件的某个部分的时候，它可以阻止其他进程修改同一文件区；

 

2. fcntl记录锁：

#include <fcntl.h>

int fcntl(int filedes, int cmd, ... /* struct flock *flockptr */);

ret = 成功依赖于cmd，出错返回-1

对于记录锁，cmd是F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW。

F_GETLK-判断由flockptr描述的锁是否会被另外一把锁排斥，若存在，则把现存锁的信息写入到flockptr中，若不存在，则除了将l_type设置为F_UNLCK之外，结构中其余信息不变；

F_SETLK-设置由flockptr描述的锁，如果按照共享读锁和独占写锁规则，不允许加锁，则立即返回错误码；

            -此命令也用于清除flockptr说明的锁，l_type=F_UNLCK

F_SETLKW-是F_SETLK的阻塞版本，当不满足加锁规则时候，进程进入休眠，如果请求创建的锁已经可用，则休眠由信号中断，进程被唤醒；

 

第三个参数flock结构如下：

struct flock {
    short l_type;
    off_t l_start;
    short l_whence;
    off_t l_len;
    pid_t l_pid; 
};

结构说明：

l_type: 所希望的锁类型，F_RDLCK(共享读锁), F_WRLCK(独占读锁), F_UNLCK(解锁一个区域);

l_start: 相对偏移量；

l_whence: 相对偏移量的起点；可选用的值：SEEK_SET(文件开头), SEEK_CUR(当前位置), SEEK_END(文件结尾)

l_len: 区域字节的长度；

l_pid: 具有阻塞当前进程的锁，其进程ID存放在l_pid;

 

3. 加锁和解锁区域说明：

(1) l_start是相对偏移量，l_whence决定了相对偏移量的起点；

(2) 该区域可以在当前文件的尾端处开始，但是不能再文件的起始位置之前开始；

(3) 如果l_len=0，则表示锁的区域从l_whence和l_start决定的起点开始，直至最大可能偏移量为止，不管写到该文件多少数据，他们都处于所得范围内；

(4) 为了锁整个文件，我看设置l_start=0和l_whence=SEEK_SET，使所得起点在文件起始处，并且说明长度l_len=0.

 

4.  共享读锁与独占写锁：

多个进程在给定的字节上可以有一把共享的读锁，但是在一个给定字节上只能有一个进程独占一把写锁；

如果在一个给定字节上已经有了一把或者多把读锁，可以继续添加读锁，但是不能在该字节上加写锁；如果在一个字节上已经有了一把独占写锁，则不能再添加任何读/写锁；

注意：这个规则只适用于不同进程提出的锁请求，如果单个进程对一个文件区间已经有了一把锁，后来又企图对同一文件区加另一把锁，那么新锁将替换旧锁；

 

5. 记录锁的隐含继承和释放：

(1) 进程终止时，所建立的锁全部被释放；

(2) 关闭任何一个描述符，则该进程通过该描述符可以引用的文件上的任何一把锁都被释放；

(3) fork产生的子进程不继承父进程锁设置的锁；

(4) 在执行了exec后，新程序可以继续执行原来程序的锁；如果对一个描述符设置了close-on-exec，则exec执行时候，文件描述符被关闭，对应锁也被释放；

 

6. 在文件尾加锁：

(1) 在加锁之前最好是对文件当前位置或者当前长度指定一把锁，因为在lseek和加锁调用之间，可能有另外一个进程在改变该文件的长度；

(2) 下面代码第一次加锁的时候，得到一把锁，从文件尾端开始，包括以后添加的任何数据，都会加锁；解锁的时候，文件尾端已经变化了，所以并没有解锁；

writew_lock(fd, 0, SEEK_END, 0);

write(fd, buf, 1); //这个字节也被加锁

un_lock(fd, 0, SEEK_END, 0); //并没有解锁前面字节,len指定为-1可解锁前面字节

write(fd, buf, 1); //这个字节没被加锁

 

7. 强制性锁和建议性锁：

合作进程，多个进程都用一致的方式处理记录锁，完成某些任务，这些进程集合就是合作进程；

建议性锁：建议性锁不做强制检查锁规则，需要进程自己获取，检查是否有锁存在，对于合作进程来说，建议性锁是可行的，但是对于某些非合作进程，他们不进程检查，就对文件进行改写，就会对当前文件造成影响；如建议性锁可以比如成红绿灯，只是建议性的，因为还是有人可以闯红灯；

强制性锁：内核对每个open，read，write系统调用都进行检查，检查访问的文件是否违背了锁规则，如果违背了锁规则，则该IO调用被禁止；

 

8. 锁的操作宏：

int     lock_reg(int, int, int, off_t, int, off_t)
{
    struct flock lock;
    
    lock.l_type = type;
    lock.l_start = offset;
    lock.l_whence = whence;
    lock.l_len = len;

    return (fcntl(fd, cmd, &lock));
}

#define read_lock(fd, offset, whence, len) \
            lock_reg((fd), F_SETLK, F_RDLCK, (offset), (whence), (len))
#define readw_lock(fd, offset, whence, len) \
            lock_reg((fd), F_SETLKW, F_RDLCK, (offset), (whence), (len))
#define write_lock(fd, offset, whence, len) \
            lock_reg((fd), F_SETLK, F_WRLCK, (offset), (whence), (len))
#define writew_lock(fd, offset, whence, len) \
            lock_reg((fd), F_SETLKW, F_WRLCK, (offset), (whence), (len))
#define un_lock(fd, offset, whence, len) \
            lock_reg((fd), F_SETLK, F_UNLCK, (offset), (whence), (len))

pid_t   lock_test(int, int, off_t, int, off_t)
{
    struct flock lock;
    
    lock.l_type = type;
    lock.l_start = offset;
    lock.l_whence = whence;
    lock.l_len = len;

    if (fcntl(fd, F_GETLK, &lock) < 0)
        return -1;

    if (lock.l_type == F_UNLCK)
        return 0;
    
    return (lock.l_pid);
}

#define is_read_lockable(fd, offset, whence, len) \
            (lock_test((fd), F_RDLCK, (offset), (whence), (len)) == 0)
#define is_write_lockable(fd, offset, whence, len) \
            (lock_test((fd), F_WRLCK, (offset), (whence), (len)) == 0)