文件锁机制详解-优快云博客

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前言：

所谓建议性锁就是假定人们都会遵守某些规则去干一件事。例如，人与车看到红灯都会停，而看到绿灯才会继续走，我们可以称红绿等为建议锁。但这只是一种规则而已，你并不防止某些人强闯红灯。而强制性锁是你想闯红灯也闯不了。

建议性锁只在cooperating processes之间才有用，对cooperating process的理解是最重要的，它指的是会影响其它进程的进程或被别的进程所影响的进程，举两个例子：（1）我们可以同时在两个窗口中运行同一个命令，对同一个文件进行操作，那么这两个进程就是cooperating processes；（2）cat file| sort，那么cat和sort产生的进程就是使用了pipe的cooperating processes。

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APUE中的表述：

fcntl有强大的功能，它能够复制一个现有的描述符，获得/设置文件描述符标记，获得/设置文件状态标记，获得/设置异步I/O所有权，获得/设置纪录锁。

当多个用户共同使用，操作一个文件的情况，Linux通常采用的方法就是给文件上锁，来避免共享资源产生竞争的状态。

fcntl文件锁有两种类型：建议性锁和强制性锁

建议性锁是这样规定的：每个使用上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，当然还得尊重已有的锁。内核和系统总体上都坚持不使用建议性锁，它们依靠程序员遵守这个规定。（Linux默认是采用建议性锁）
强制性锁是由内核执行的。当文件被上锁来进行写入操作时，在锁定该文件的进程释放该锁之前，内核会阻止任何对该文件的读或写访问，每次读或写访问都得检查锁是否存在。

使用fcntl文件锁进行I/O操作必须小心：进程在开始任何I/O操作前如何去处理锁，在对文件解锁前如何完成所有的操作，是必须考虑的。如果在设置锁之前打开文件，或者读取该锁之后关闭文件，另一个进程就可能在上锁/解锁操作和打开/关闭操作之间的几分之一秒内访问该文件。当一个进程对文件加锁后，无论它是否释放所加的锁，只要文件关闭，内核都会自动释放加在文件上的建议性锁（这也是建议性锁和强制性锁的最大区别）, 所以不要想设置建议性锁来达到永久不让别的进程访问文件的目的(强制性锁才可以)^_^；强制性锁则对所有进程起作用。

在Linux中实现上锁的函数有lock()和fcntl()。

lock()用于对文件施加建议性锁
fcntl()用于对文件施加建议性锁和强制性锁都行。同时还可以对文件某一条纪录进行上锁，也就是记录锁。

例子：

例1，我有几个进程(不一定有亲缘关系)都通过fctnl机制来操作文件，这个就叫一致的方法。但是，如果同时，又有个流氓进程，管它3721，冲上去，open, write。
这时候那几个进程fcntl对这种方式无能为力，这样就叫不一致。文件最后的状态就不定了。
正因为这种锁约束不了其它的访问方式，所以叫建议行锁。强制性锁需要内核支持的,对read, write, open都会检查锁。
例2，所谓建议性锁就是假定人们都会遵守某些规则去干一件事。例如，人与车看到红灯都会停，而看到绿灯才会继续走，我们可以称红绿等为建议锁。但这只是一种规则而已，你并不防止某些人强闯红灯。而强制性锁是你想闯红灯也闯不了。

如何在Linux系统上使用强制性锁呢？

要想让linux支持强制性锁，不但在mount的时候需要加上-o mand（APUE中文版有误，它写成了_omand）, 而且对要加锁的文件也需要设置相关权限（turn on set-group-ID and turn off group-execute）。

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个人理解：

fcntl使用三个参数 F_SETLK /F_SETLKW，F_UNLCK和F_GETLK,来分别要求、释放、测试record locks，record locks是对文件一部分而不是整个文件的锁，这种细致的控制使得进程更好地协作以共享文件资源。fcntl能够用于读取锁和写入锁，read lock也叫shared lock（共享锁）,因为多个cooperating process能够在文件的同一部分建立读取锁；write lock被称为exclusive lock(排斥锁)，因为任何时刻只能有一个cooperating process在文件的某部分上建立写入锁。如果cooperating processes对文件进行操作，那么它们可以同时对文件加read lock，在一个cooperating process加write lock之前，必须释放别的cooperating process加在该文件的read lock和wrtie lock，也就是说，对于文件只能有一个write lock存在，read lock和wrtie lock不能共存。

建议性锁 (针对合作进程而言的）

建议性锁，就是一种软弱的锁——必须要在参与所有共享数据操作的所有进程之间都遵守这样神圣的约定的前提，建议性的锁才发挥作用，而劝告性的建议锁对于协作进程来说已经足够了！！但是，有读写权限的进程，不遵守这个约定，就会把这一切都搞杂，约定对于他们来说，不好用。但建议性锁也有他的优势：相对与强制性锁，性能好一些。个人理解。

协作进程（cooperating processes）：如果每个进程所使用的函数都以一致的方法处理记录锁，互斥锁等，则这些进程被称为协作进程。

强制性锁

这个就好理解了，一旦加强制性锁（读锁或写锁），在“可以共享读，但不能共享写”的原则下，其他进程就被限制了，就不会出现不一致了。