檔案鎖是一種檔案讀寫機制，在任何特定的時間只允許一個程式訪問一個檔案。利用這種機制能夠使讀寫單個檔案的過程變得更安全。
在這篇文章中，我們將探討Linux中不同型別的檔案鎖，並通過示例程式來理解它們之間的不同之處。
我們將採取以下的例子來解釋為什麼需要使用檔案鎖。
1、 程式“A”開啟和讀取一個檔案，此檔案包含賬戶相關的一些資訊。
2、 程式“B”也開啟了這個檔案，並讀取了檔案中的資訊。
3、 現在，程式“A”更改了其副本中的一條餘額記錄，並將其寫入檔案。
4、 此時，程式“B”並不知道上次讀取的檔案已經被更改，它還儲存著原始的檔案副本。然後，程式“B”更改了“A”操作的那條相同的記錄，並將記錄寫入檔案。
5、 此時，檔案中將只儲存了程式“B”更改過的記錄。
為了避免這種事情發生，就要使用檔案鎖來確保操作的“序列化”。
以下是Linux系統中兩種常用的檔案鎖：
1、 協同鎖
2、 強制鎖
1、 協同鎖
協同鎖要求參與操作的程式之間協同合作。假設程式“A”獲得一個WRITE鎖，並開始向檔案中寫入內容；此時，程式“B”並沒有試圖獲取一個鎖，它仍然可以開啟檔案並向檔案中寫入內容。在此過程中，程式“B”就是一個非合作程式。如果程式“B”試圖獲取一個鎖，那麼整個過程就是一個合作的過程，從而可以保證操作的“序列化”。
只有當參與操作的程式是協同合作的時候，協同鎖才能發揮作用。協同鎖有時也被稱為“非強制”鎖。
2、 強制鎖
強制鎖不需要參與操作的程式之間保持協同合作。它利用核心來查檢每個開啟、讀取、寫入操作，從而保證在呼叫這些操作時不違反檔案上的鎖規則。關於強制鎖的更多資訊，可以在kernal.org上找到。
為了使能Linux中的強制鎖功能，你需要在檔案系統級別上開啟它，同時在單個檔案上開啟它。其步驟是：
1、 掛載檔案系統時使用“-o mand”引數。
2、 對於要開啟強制鎖功能的檔案lock_file，必須開啟set-group-ID位，關閉group-execute位。（選擇此方法的原因是，當你關閉group-execute時，設定set-group-ID就沒有實際的意義了）
Linux檔案鎖的示例
為了理解檔案鎖是如何工作的，我們建立程式檔案file_lock.c：
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#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); } } } } |
用gcc編譯此程式：
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# cc -o file_lock file_lock.c |
使用mount命令帶“mand”引數來重新掛載根檔案系統，如下所示。這將在檔案系統級別使能強制鎖功能。注意：你必須切換到root使用者才能執行下面的命令。
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# mount -oremount,mand / |
在可執行的（file_lock所在的）目錄中建立兩個名為“advisory.txt”和“mandatory.txt”的檔案。對於“mandatory.txt”使能Set-Group-ID，同時不使能Group-Execute-Bit，如下所示：
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# touch advisory.txt # touch mandatory.txt # chmod g+s,g-x mandatory.txt |
測試協同鎖：執行示例程式，以“advisory.txt”作為引數。
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# ./file_lock advisory.txt |
此程式將等待使用者的輸入。從另一個終端或控制檯，嘗試輸入以下命令列：
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# ls >>advisory.txt |
在上面的例子中，ls命令會將其輸出寫入到advisory.txt檔案中。即使我們獲得了一個寫入鎖，仍然會有一些程式（非合作）能夠往檔案裡寫入資料。這就是所謂的“協同”鎖。
測試強制鎖：再次執行示例程式，以“mandatory.txt”作為引數。
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# ./file_lock mandatory.txt |
從另一個終端或控制檯，嘗試輸入以下命令列：
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# ls >>mandatory.txt |
在上面的例子中，ls命令在將其輸出寫入到mandatory.txt檔案之前，會等待檔案鎖被刪除。雖然它仍然是一個非合作程式，但強制鎖起了作用。
英文原文：Lakshmanan Ganapathy 編譯：伯樂線上 – 肖翔
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