本文内容为 Linux 系统通用,各个语言实现可能稍有不同,但原理相同。
当多个进程或多个程序都想要修同一个文件的时候,如果不加控制,多进程或多程序将可能导致文件更新的丢失。
例如进程 1 和进程 2 都要写入数据到 a.txt 中,进程 1 获取到了文件句柄,进程 2 也获取到了文件句柄,然后进程 1 写入一段数据,进程 2 写入一段数据,进程 1 关闭文件句柄,会将数据 flush 到文件中,进程 2 也关闭文件句柄,也将 flush 到文件中,于是进程 1 的数据被进程 2 保存的数据覆盖了。
所以,多进程修改同一文件的时候,需要协调每个进程:
- 保证文件在同一时间只能被一个进程修改,只有进程 1 修改完成之后,进程 2 才能获得修改权
- 进程 1 获得了修改权,就不允许进程 2 去读取这个文件的数据,因为进程 2 可能读取出来的数据是进程 1 修改前的过期数据
这种协调方式可以通过文件锁来实现。
文件锁分类
文件锁分两种,
- 独占锁(写锁)
- 共享锁(读锁)。
当进程想要修改文件的时候,申请独占锁(写锁),当进程想要读取文件数据的时候,申请共享锁(读锁)。
独占锁和独占锁、独占锁和共享锁都是互斥的。
只要进程 1 持有了独占锁,进程 2 想要申请独占锁或共享锁都将失败(阻塞),也就保证了 这一时刻只有进程 1 能修改文件,只有当进程 1 释放了独占锁,进程 2 才能继续申请到独占锁或共享锁。
但是共享锁和共享锁是可以共存的,这代表的是两个进程都只是要去读取数据,并不互相冲突。
文件锁:flock 和 lockf
Linux 上的文件锁类型主要有两种:flock 和 lockf。后者是 fcntl 系统调用的一个封装。它们之间有些区别:
- flock 来自 BSD,而 fcntl 或 lockf 来自 POSIX,所以 lockf 或 fcntl 实现的锁也称为 POSIX 锁
- flock 只能对整个文件加锁,而 fcntl 或 lockf 可以对文件中的部分加锁,即粒度更细的记录锁
- flock 的锁是劝告锁,lockf 或 fcntl 可以实现强制锁。所谓劝告锁,是指只有多进程双方都遵纪守法地使用 flock 锁才有意义,某进程使用 flock,但另一进程不使用 flock,则 flock 锁对另一进程完全无限制
- flock 锁是附加在(关联在)文件描述符上的(见下文更深入的描述),而 lockf 是关联在文件实体上的。本文后面将详细分析 flock 锁在文件描述符上的现象
参考文献
- Perl IO:文件锁 By 骏马金龙