Linux应用程序的一个常见需求是从一个文件中读取一些数据，修改这些数据，然后将这些数据写回文件。只要在一个时刻只有一个进程以这种方式使用文件就不会存在问题，但当多个进程同时更新一个文件时问题就出现了(会导致文件的内容不是按照我们的预期进行存储)。
- 为防止多进程同一时刻操作同一文件出现问题，就需要采用某种形式的进程间同步。
- 通常我们会对文件进行加锁处理，因为内核能够自动将锁与文件关联起来。
在Linux中，文件加锁是通过使用文件锁（File Locks）来实现的。文件锁主要有两种类型：共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。这些锁用于控制对文件的并发访问，以防止多个进程同时对同一文件进行读或写操作，从而保护文件的一致性。
文件锁的类型
1. 共享锁（读锁 - Shared Lock）
- 多个进程可以同时持有共享锁。
- 一个持有共享锁的进程可以阻止其他进程获取排他锁。
- 使用
F_RDLCK或LOCK_SH表示。
2. 排他锁（写锁 - Exclusive Lock）
- 只能由一个进程持有。
- 如果一个进程持有排他锁，其他进程无法获取共享锁或排他锁。
- 使用
F_WRLCK或LOCK_EX表示。
3. 解锁
- 使用
F_UNLCK或LOCK_UN表示，用于释放已经获取的锁。
阻塞和非阻塞锁定
1. 阻塞锁定
- 进程尝试获取锁时，如果锁已被其他进程占用，该进程将被阻塞直到锁可用。
2. 非阻塞锁定
- 进程尝试获取锁时，如果锁已被其他进程占用，该进程不会被阻塞，而是立即返回失败。
文件锁的作用域
1. 进程间锁
- 锁定适用于同一文件的不同进程。
2. 线程间锁
- 锁定适用于同一进程的不同线程。
文件锁的持续性
1. 进程关闭时解锁
- 锁定将在持有锁定的进程终止时自动释放。
2. 文件关闭时解锁
- 锁定将在持有锁定的文件被关闭时自动释放。
在 Linux 中，文件锁是通过系统调用 fcntl 或者 flock 来实现的。
使用 fcntl 进行文件锁定
1. 锁定整个文件
#include <fcntl.h>
struct flock fl;
fl.l_type = F_WRLCK; // 或 F_RDLCK 代表读锁
fl.l_whence = SEEK_SET;
fl.l_start = 0;
fl.l_len = 0; // 锁定整个文件
fcntl(fd, F_SETLKW, &fl); // F_SETLKW 表示阻塞方式设置锁2. 解锁整个文件
fl.l_type = F_UNLCK;
fcntl(fd, F_SETLK, &fl);3. 锁定文件的一部分
fl.l_type = F_WRLCK; // 或 F_RDLCK 代表读锁
fl.l_whence = SEEK_SET;
fl.l_start = 100; // 从文件的偏移量 100 处开始锁定
fl.l_len = 50; // 锁定 50 个字节
fcntl(fd, F_SETLKW, &fl);使用 flock 进行文件锁定
1. 锁定整个文件
#include <fcntl.h>
flock(fd, LOCK_EX); // LOCK_EX 代表排他锁2. 解锁整个文件
flock(fd, LOCK_UN);3. 锁定文件的一部分
flock 不支持锁定文件的一部分。
注意事项
- 使用
fcntl可以实现更复杂的锁定策略，例如非阻塞锁定、记录锁定等。 fcntl锁定是进程级别的，不同进程的文件锁互不影响；而flock锁定是进程组级别的，一个进程组中的锁定会影响到同一进程组的其他进程。- 文件锁对 NFS 文件系统的支持因实现而异，可能有一些限制。
文件锁是多进程或多线程环境下对文件进行同步的一种有效方式，可以防止多个进程同时修改同一文件导致的问题。在实际应用中，根据具体需求和环境选择适合的文件锁定方式。