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linux 文件锁

星夢妙者

发布： 2025-07-22 08:42:40

原创

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大家好，又见面了，我是你们的老朋友全栈君。

文件锁的基本概念

在Linux系统中，软件和硬件资源都被视为文件（即“一切皆文件”）。在多用户环境下，这些文件是可以共享的。

文件锁是一种机制，用于解决多个用户共享文件时的资源竞争问题：当多个用户需要访问同一个文件时，Linux通常会通过对文件加锁来避免资源竞争。

文件锁分为建议性锁和强制性锁：

建议性锁：要求每个使用锁定文件的进程都必须检查是否已有锁存在，并且遵守已有锁的存在。通常，内核和系统不会强制执行建议性锁，而是依赖程序员遵守规则。

强制性锁：由内核执行。当文件被锁定用于写入时，内核将阻止其他任何对该文件的读写操作。强制性锁对系统性能有显著影响，因为每次读写操作都需要检查锁的存在。

在Linux中，实现文件锁的函数有lockf()和fcntl()。lockf()用于设置建议性锁，而fcntl()不仅能设置建议性锁，还能设置强制性锁。fcntl()还可以对文件的特定记录进行锁定，即记录锁。

记录锁分为读取锁和写入锁。读取锁又称共享锁，允许多个进程在文件的同一部分建立读取锁。写入锁又称排他锁，任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分建立写入锁。同一文件部分不能同时存在读取锁和写入锁。

fcntl()函数的格式如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ...);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

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fcntl()函数的参数包括：

fd：被操作的文件描述符。
cmd：命令类型，包括：
- F_DUPFD：复制现有描述符。
- F_GETFD：获取fd的close-on-exec标志。
- F_SETFD：设置close-on-exec标志。
- F_GETFL：获取open设置的标志。
- F_SETFL：更改open设置的标志。
- F_GETLK：根据lock参数值，决定是否可以上文件锁。
- F_SETLK：设置lock参数值的文件锁。
- F_SETLKW：F_SETLK的阻塞版本。

close_on_exec是一个进程所有文件描述符的位图标志，用于在调用execve()时决定哪些文件描述符需要关闭。

fcntl()函数的返回值取决于第二个参数cmd，成功时返回值不同，失败时返回-1。

linux 文件锁

fcntl()的使用实例：

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首先为flock结构体的相应字段赋值，然后使用fcntl()函数两次，分别用于判断文件是否可以上锁和对文件上锁，使用的cmd值分别为F_GETLK和F_SETLK（或F_SETLKW）。使用F_GETLK命令判断是否可以进行flock结构所描述的锁操作：如果可以加锁，flock结构的l_type会被设置为F_UNLCK，其他域保持不变；否则，l_pid被设置为拥有文件锁的进程号，l_type被设置为已有锁的类型，其他域保持不变。

写入锁

mylock.h：

int lock_set(int fd, int type) {
    struct flock old_lock, lock;
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0;
    lock.l_type = type;
    lock.l_pid = -1;
    fcntl(fd, F_GETLK, &lock);
    if (lock.l_type != F_UNLCK) {
        if (lock.l_type == F_RDLCK) {
            printf("Read lock already set by %d\n", lock.l_pid);
        } else if (lock.l_type == F_WRLCK) {
            printf("Write lock already set by %d\n", lock.l_pid);
        }
    }
    lock.l_type = type;
    if ((fcntl(fd, F_SETLKW, &lock)) < 0) {
        perror("fcntl");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

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write_lock.c：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include "mylock.h"

int main(void) {
    int fd;
    fd = open("hello", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    lock_set(fd, F_WRLCK);
    printf("Write lock set\n");
    sleep(20);
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    close(fd);
    return 0;
}

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写入锁是互斥锁，同一时刻只能有一个写操作成功。

读锁测试

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "mylock.h"

int main(void) {
    int fd;
    fd = open("hello", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    lock_set(fd, F_RDLCK);
    printf("Read lock set\n");
    sleep(20);
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    close(fd);
    return 0;
}

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