Linux資料管理學習：檔案鎖定

一、什麼是檔案鎖定

對於鎖這個字，大家一定不會陌生，因為我們生活中就存在著大量的鎖，它們各個方面發揮著它的作用，現在世界中的鎖的功能都可歸結為一句話，就是阻止某些人做某些事，例如，門鎖就是阻止除了屋主之外的人進入這個房子，你進入不到這個房子，也就不能使用房子裡面的東西。

而因為程式經常需要共用資料，而這通常又是通過檔案來實現的，試想一個情況，A進程正在對一個檔案進行寫操作，而另一個程式B需要對同一個檔案進行讀操作，並以讀取到的資料作為自己程式運行時所需要的資料，這會發生什麼情況呢？進程B可能會讀到錯亂的資料，因為它並不知道另一個進程A正在改寫這個檔案中的資料。

為瞭解決類似的問題，就出現了檔案鎖定，簡單點來說，這是檔案的一種安全的更新方式，當一個程式正在對檔案進行寫操作時，檔案就會進入一種暫時狀態，在這個狀態下，如果另一個程式嘗試讀這個檔案，它就會自動停下來等待這個狀態結束。Linux系統提供了很多特性來實現檔案鎖定，其中最簡單的方法就是以原子操作的方式建立鎖檔案。

用回之前的例子就是，檔案鎖就是當檔案在寫的時候，阻止其他的需要寫或者要讀檔案的進程來操作這個檔案。

二、建立鎖檔案

建立一個鎖檔案是非常簡單的，我們可以使用open系統調用來建立一個鎖檔案，在調用open時oflags參數要增加參數O_CREAT和O_EXCL標誌，如file_desc = open("/tmp/LCK.test", O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL, 0444);就可以建立一個鎖檔案/tmp/LCK.test。O_CREAT|O_EXCL，可以確保調用者可以建立出檔案，使用這個模式可以防止兩個程式同時建立同一個檔案，如果檔案（/tmp/LCK.test）已經存在，則open調用就會失敗，返回-1。

如果一個程式在它執行時，只需要獨佔某個資源一段很短的時間，這個時間段（或代碼區）通常被叫做臨界區，我們需要在進入臨界區之前使用open系統調用建立鎖檔案，然後在退出臨界區時用unlink系統調用刪除這個鎖檔案。

注意：鎖檔案只是充當一個指標的角色，程式間需要通過相互協作來使用它們，也就是說鎖檔案只是建議鎖，而不是強制鎖，並不會真正阻止你讀寫檔案中的資料。

可以看看下面的例子：源檔案檔案名稱為filelock1.c，代碼如下：

#include <unistd.h>  #include <stdlib.h>  #include <stdio.h>  #include <fcntl.h>  #include <errno.h>        int main()  {      const char *lock_file = "/tmp/LCK.test1";      int n_fd = -1;      int n_tries = 10;            while(n_tries--)      {                  //建立鎖檔案          n_fd = open(lock_file, O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL, 0444);          if(n_fd == -1)          {                          //建立失敗              printf("%d - Lock already present\n", getpid());              sleep(2);          }          else        {                          //建立成功              printf("%d - I have exclusive access\n", getpid());              sleep(1);              close(n_fd);                          //刪除鎖檔案，釋放鎖              unlink(lock_file);              sleep(2);          }      }      return 0;  }

同時運行同一個程式的兩個執行個體，運行結果為：

從啟動並執行結果可以看出兩個程式交叉地對對檔案進行鎖定，但是真實的操作卻是，每次調用open函數去檢查/tmp/LCK.test1這個檔案是否存在，如果存在open調用就失敗，顯示有進程已經把這個檔案鎖定了，如果這個檔案不存在，就建立這個檔案，並顯示許可資訊。但是這種做法有一定的缺憾，我們可以看到檔案/tmp/LCK.test1被建立了很多次，也被unlink刪除了很多次，也就是說我們不能使用已經事先有資料的檔案作為這種鎖檔案，因為如果檔案已經存在，則open調用總是失敗。

給我的感覺是，這更像是一種對進程工作的協調性安排，更像是二進位訊號量的作用，檔案存在為0，不存在為1，而不是真正的檔案鎖定。