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  • 多进程文件锁

    千次阅读 2014-12-17 10:21:09
    一、多进程文件锁 当多个用户共同使用、操作一个文件的情况下,这时,Linux通常采用的方法是给文件上锁,来避免共享的资源产生竞争的状态 1.文件锁方式 对当前读写文件进行加锁处理,简单说下两种加锁方式: ...

    一、多进程文件锁

    当多个用户共同使用、操作一个文件的情况下,这时,Linux通常采用的方法是给文件上锁,来避免共享的资源产生竞争的状态

    1.文件锁方式

    对当前读写文件进行加锁处理,简单说下两种加锁方式:

    flock():文件级别的锁,针对整个文件进行加锁。 flock用于对文件施加建议性锁。

    fcntl()函数:段级别的锁,能够针对文件的某个部分进行加锁。 fcntl不仅可以施加建议性锁,还可以施加强制性锁,还能对文件的某一记录进行上锁,也就是记录锁。

    2.文件锁类型

    文件锁包括建议性锁和强制性锁。

     建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存在,并且尊重已有的锁。在一般情况下,内核和系统都不使用建议性锁。

    强制性锁是由内核执行的锁,当一个文件被上锁进行写入操作的时候,内核将阻止其它任何文件对其进行读写操作。采用强制性锁对性能的影响很大,每次读写操作都必须检查是否有锁存在。

    记录锁又分为读取锁和写入锁

    读取锁又称共享锁,能使多个进程都在文件的同一部分建立读取锁。

    写入锁又称为排斥锁,在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分建立写入锁

    在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。

    3.fcntl函数说明

    1fcntl函数格式  具体的知识可以参看unix环境高级编程

    Fcntl函数语法要点:

    所需头文件:#include<sys/types.h>

                         #include<unistd.h>

                         #include<fcntl.h>

    函数原型:int fcntl(int fd,cmd,struct flock *lock)

    函数传入值:fd:文件描述符

                         CmdF_DUPFD:复制文件描述符

    F_GETFD:获得fdclose-on-exec标志,若标志未设置,则文件经过exec函数之后仍保持打开状态。

    F_SETFD:设置close-on-exec标志,该标志以参数argFD_CLOEXEC位决定。

    F_GETFL:得到open设置的标志

    F_SETFL:改变open设置的标志

    F_GETFK:根据lock描述,决定是否上文件锁

    F_SETFK:设置lock描述的文件锁

    F_SETLKW:这是F_SETLK的阻塞版本(命令名中的W表示等待(wait))。如果存在其它锁,则调用进程睡眠;如果捕捉到信号则睡眠中断

         这三种是在文件锁时cmd 使用的三种命令

    F_GETOWN:检索将收到SIGIOSIGURG信号的进程号或进程组号

    F_SETOWN:设置进程号或进程组号

                         Lock:结构为flock,设置记录锁的具体状态

    函数返回值:成功:0

                         -1:出错

    Lock的结构如下所示:

    Struct flock{

    Short l_type;

    Off_t l_start;

    Short l_whence;

    Off_t l_len;

    Pid_t l_pid;

    }

    Lock结构变量取值:

    L_typeF_RDLCK:读取锁(共享锁)

                  F_WRLCK:写入锁(排斥锁)

                  F_UNLCK:解锁

    L_stat:相对位移量(字节)

    L_whence:相对位移量的起点(同lseekwhence):SEEK_SET:当前位置为文件开头,新位置为偏移量的大小

                                        SEEK_CUR:当前位置为文件指针位置,新位置为当前位置加上偏移量

                                        SEEK_END:当前位置为文件的结尾,新位置为文件的大小加上偏移量大小

    L_len:加锁区域长度

    l_pid:具有阻塞当前进程的锁,其持有进程的进程号存放在l_pid中,仅由F_GETLK  返回



    2fcntl 使用实例


      下面首先给出了使用fcnt函数的文件记录锁功能的代码实现。在该代码中,首先给flock结构体的对应

    赋予相应的值。

      接着调用两次fcntl函数。用F_GETLK命令判断是否可以进行flock所描述的锁操作:若可以进行,则flock

    结构体的l_type会被设置为F_UNLCK,其他域不变;若不行,则l_pid被设置为拥有文件锁的进程号,其他域不变。


       用F_SETLK和F_SETLKW命令设置flock结构所描述的锁操作,后者是前者的阻塞版。

       当第一次调用fcntl时,使用F_GETLK命令获得当前文件被上锁的情况,由此可以判断能不能上锁操作;当第二次调用fcntl时,使用F_SETLKW命令对指定文件进行上锁/解锁操作。因为F_SETLKW命令是阻塞式操作,因此当不能把上锁/解锁操作进行下去时,运行被阻塞,直到能够进行操作为止。



    实例说明

      开启两个终端,在两个终端上同时运行./write_lock 程序,

      当为写入锁,同一时刻只能有一个写入锁存在,

      同一时刻只能一个进程对同一个文件写

      注意运行的结果

      

      1.首先运行右边终端中的程序,提示 write lock set by 3638  进程号

      2.容纳后运行左边终端中的程序,提示 write lock already set by 3683

      3.右边终端敲  回车  ,释放读锁

      4.左边终端敲  回车  , 提示 write lock set by 3639

     

    set_lock.h


    1. #ifndef _LOCK_SET_H
    2. #define _ LOCK_SET_H
    3. #include<sys/types.h>
    4. #include<unistd.h>
    5. #include<fcntl.h>
    6. #include<stdio.h>


    7. int lock_set(int fd,int type);

    8. #endif


    set_lock.c


    1. /* lock_set.c */
    2. #include"lock_set.h"
    3. int lock_set(int fd, int type)
    4. {
    5.     struct flock old_lock, lock;
    6.     lock.l_whence = SEEK_SET;
    7.     lock.l_start = 0;
    8.     lock.l_len = 0;
    9.     lock.l_type = type;
    10.     lock.l_pid = -1;
    11.     
    12.     /* 判断文件是否可以上锁 */
    13.     fcntl(fd, F_GETLK, &lock);
    14.     if (lock.l_type != F_UNLCK)
    15.     {
    16.         /* 判断文件不能上锁的原因 */
    17.         if (lock.l_type == F_RDLCK) /* 该文件已有读取锁 */
    18.         {
    19.             printf("Read lock already set by %d\n", lock.l_pid);
    20.         }
    21.         else if (lock.l_type == F_WRLCK) /* 该文件已有写入锁 */
    22.         {
    23.             printf("Write lock already set by %d\n", lock.l_pid);
    24.         }            
    25.     }
    26.     
    27.     /* l_type 可能已被F_GETLK修改过 */
    28.     lock.l_type = type;
    29.     /* 根据不同的type值进行阻塞式上锁或解锁 */
    30.     if ((fcntl(fd, F_SETLKW, &lock)) < 0)
    31.     {
    32.         printf("Lock failed:type = %d\n", lock.l_type);
    33.         return 1;
    34.     }
    35.         
    36.     switch(lock.l_type)
    37.     {
    38.         case F_RDLCK:
    39.         {
    40.             printf("Read lock set by %d\n", getpid());
    41.         }
    42.         break;
    43.         case F_WRLCK:
    44.         {
    45.             printf("Write lock set by %d\n", getpid());
    46.         }
    47.         break;
    48.         case F_UNLCK:
    49.         {
    50.             printf("Release lock by %d\n", getpid());
    51.             return 1;
    52.         }
    53.         break;
    54.         default:
    55.         break;
    56.     }/* end of switch */
    57.     return 0;
    58. }


    write_lock.c


    1. /* write_lock.c */
    2. #include <unistd.h>
    3. #include <sys/file.h>
    4. #include <sys/types.h>
    5. #include <sys/stat.h>
    6. #include <stdio.h>
    7. #include <stdlib.h>
    8. #include "lock_set.h"

    9. int main(void)
    10. {
    11.     int fd;

    12.     /* 首先打开文件 */
    13.     fd = open("hello", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    14.     if(fd < 0)
    15.     {
    16.         printf("Open file error\n");
    17.         exit(1);
    18.     }

    19.     /* 给文件上写入锁 */
    20.     lock_set(fd, F_WRLCK);
    21.     getchar();
    22.     /* 给文件解锁 */
    23.     lock_set(fd, F_UNLCK);
    24.     getchar();
    25.     close(fd);
    26.     return 0;
    27. }

    4.flock函数说明

    简单介绍下flock()函数:

          表头文件  #include

      定义函数  int flock(int fd,int operation);

      函数说明  flock()会依参数operation所指定的方式对参数fd所指的文件做各种锁定或解除锁定的动作。此函数只能锁定整个文件,无法锁定文件的某一区域。

      参数  operation有下列四种情况:

       LOCK_SH 建立共享锁定。多个进程可同时对同一个文件作共享锁定。

      LOCK_EX 建立互斥锁定。一个文件同时只有一个互斥锁定。

      LOCK_UN 解除文件锁定状态。

       LOCK_NB 无法建立锁定时,此操作可不被阻断,马上返回进程。通常与LOCK_SH或LOCK_EX 做OR(|)组合。

      单一文件无法同时建立共享锁定和互斥锁定,而当使用dup()或fork()时文件描述词不会继承此种锁定。

      返回值  返回0表示成功,若有错误则返回-1,错误代码存于errno。

    为了更好的移植性,对于文件的打开与关闭我选择了fopen和fclose的组合,但flock的第一个参数要求的是int类型的文件描述符。这里对fopen返回的FILE类型的文件指针进行转换,转换为int型的文件描述符(假设open函数返回的文件描述符为fd,而fopen返回的文件指针为*fp,则fd等价于fp->_fileno).


    下面为两个进程的实例:

    int main(void)

    {

        FILE *fp = NULL;

        int i = 20; 

        

        if ((fp = fopen("./file_lock.test", "r+b")) == NULL) //打开文件

            printf("file open error!\n");

        if (flock(fp->_fileno, LOCK_EX) != 0) //给该文件加锁

            printf("file lock by others\n");

        while(1) //进入循环,加锁时间为20秒,打印倒计时

        {   

            printf("%d\n", i--);

            sleep(1);

            if (i == 0)

                break;

        }   

        fclose(fp); //20秒后退出,关闭文件

        flock(fp->_fileno, LOCK_UN); //文件解锁

        return 0;

     

    }


     

    int main(void)

    {

        FILE *fp = NULL;

        int i = 0;

        

        if ((fp = fopen("./file_lock.test", "r+b")) == NULL) //打开文件

            printf("file open error!\n");

        flock(fp->_fileno, LOCK_EX); //文件加锁

        while(1) //进入循环

        {   

            printf("%d\n", i++);

            sleep(1);

        }   

        fclose(fp); //关闭文件

        flock(fp->_fileno, LOCK_UN); //释放文件锁

        return 0;

     

    }


    首先运行file1.c,紧接着运行file2.c(运行file1.c后20秒内要运行file2.c否则看不到现象)
    现象是:file1.c执行起来以后,开始倒计时。此时运行file2.c会阻塞在加锁处。当file1.c运行20秒后关闭文件,并释放文件锁后,file2.c会开始运行。


     

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  • Linux C:多进程文件操作之文件锁

    千次阅读 2016-10-19 21:07:46
    文件操作完后flock解锁,但需注意另一个进程操作同个文件时必须自己去检查文件是否已上,即在读写文件前调用flock函数即可进行判断,如果上,该进程则会阻塞,直到该文件被所占用的进程解锁。 具体程序如下: ...

    flock函数可以锁定文件,避免多个进程对同个文件进行操作时出现数据出错。flock的用法是在打开文件后对文件读写前调用flock函数上锁,文件操作完后flock解锁,但需注意另一个进程操作同个文件时必须自己去检查文件是否已上锁,即在读写文件前调用flock函数即可进行判断,如果上锁,该进程则会阻塞,直到该文件被所占用的进程解锁。

    具体程序如下:

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/file.h>
    
    #define MAX_SIZE 100
    
    int main()
    {
        FILE *fp;
    
        int i;
    
        char str[MAX_SIZE];
    
        fp = fopen("hello.txt","r");
    
        if(fp == NULL)
        {
            printf("open file error!\n");
            exit(1);
        }
    
        i = fileno(fp);
    
         if(-1 == flock(i,LOCK_EX))
         {
             printf("failing to lock!\n ");
         }
    
         if(0 == flock(i,LOCK_EX))
         {
             printf("lock success!\n");
         }
    
         fread(str,MAX_SIZE,1,fp);
    
         printf("%s\n",str);
    
         sleep(20);
    
         fclose(fp);
    
         flock(i,LOCK_UN);
    
        return 0;
    }
    


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  • Linux 多进程读写文件 文件锁

    千次阅读 2015-07-07 14:30:33
    对于多进程文件,主要有以下两种处理方式: 1.类似于Linux日志文件服务 启动一个logger进程,其他进程向logger发消息,即把数据发送给logger,由logger来写文件,这种方法最安全,但是实现上相对复杂 2....

    目前遇到一个问题:多个进程对同一个文件进行写操作,如何避免冲突。研究了一下,做个小结。

     

    对于多进程写文件,主要有以下两种处理方式:

    1.类似于Linux日志文件服务

    启动一个logger进程,其他进程向logger发消息,即把数据发送给logger,由logger来写文件,这种方法最安全,但是实现上相对复杂

    2.采用文件锁

    对当前读写文件进行加锁处理,简单说下两种加锁方式:

    flock():文件级别的锁,针对整个文件进行加锁

    fcntl()函数:段级别的锁,能够针对文件的某个部分进行加锁

     

    另外,对于读写相对不很频繁,每次写入数据量比较小的这种情况,不加锁也可以接受,但打开文件操作时,必须启用O_APPEND选项,以免造成多个进程相互覆盖写入的情况。

    在O_APPEND模式下,文件写入操作是这样的一个原子操作:将位置指针移动至文件末尾,写入数据。

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  • 文件系统 文件锁 多进程

    千次阅读 2014-04-19 21:17:59
    进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集的一次运行活动。...进程是操作系统执行的基本单元,对操作系统的各种资源进行访问,而进程文件的访问尤为频繁。文件是具有符号的,在逻辑上具有完整意义的一组

    进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集的一次运行活动。每个进程都有自己独立的进程地址空间,包括正文段、初始化数据段、非初始化数据段、栈、堆。文本区域存储将要被执行的代码,数据区域存储变量,栈存储自动变量以及每次函数调用时所需保存的信息,堆用于动态分配内存。

    进程是操作系统执行的基本单元,对操作系统的各种资源进行访问,而进程对文件的访问尤为频繁。文件是具有符号的,在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的有序序列。这种信息的持久性是由文件系统来维护的。所以进程对文件的访问实际上是通过访问文件系统实现的。

    UNIX文件系统具有类似的通用结构:superblockinodedatablocksuperblock包括文件系统的总体信息,inode包括一个文件的所有信息,datablock用于具体的存储文件数据。一般来说文件系统都会维护一个(或数个)inodetable用于分配回收文件,维护一个(或数个)datatable用于分配回收数据块。

    一般来讲对文件系统的操作会涉及以下过程:新建一个文件并向其中写入一定数据时,文件系统需要从inodetable中分配出一个空闲的inode并减少空闲inode个数,向文件中写数据时,文件系统需要从datatable中分配出空闲的数据块并减少空闲数据块个数。当然文件系统需要做一些其他的必要操作,如把该文件的文件名加入父目录的数据块,该文件每新增一个数据块修改该inode的数据块个数,访问时间等。删除一个文件时,文件系统的操作相反。

    考虑以下情况:系统中有两个进程(P1P2)都需要新建一个文件,进程P1要求从inodetable中分配一个inode,并把空闲inode个数减1,但这个过程需要数个时钟周期,若在进程P1获得当前空闲文件个数后其即被调度,这时进程P2开始执行,并成功在文件系统中新建一个文件,这时进程P1恢复运行并完成后续工作。很明显这个过程中文件系统新建了两个文件,但是空闲inode个数却只减少了一个。空闲数据块的分配也存在同样的问题。所以当两个或两个以上进程同时修改文件系统信息时就需要一定的同步机制,来保障文件系统的正确性。

    为了支持多个进程同时修改文件系统,传统的文件系统在分配空闲inodedatablock代码段加上互斥锁,来保证分配空闲inodedatablock的原子性。这样只有一个进程完成分配inodedatablock整个过程后,另一个进程才会被允许进行相关操作。但这并不是说文件系统已经完美的支持了多进程,当多个进程同时修改一个文件时,就会出现新的问题。

    再考虑以下情况:系统中有两个进程(P1P2)需要同时向文件F中写入一个数据块大小的数据,进程P1要求从分得一个空闲数据块,并把文件Finode数据块加1,,但这个过程同样需要数个时钟周期,若在进程P1获得当前文件数据块个数后被调度,进程P2开始执行,并成功向文件F中写入数据,这时进程P1恢复运行并完成后续工作。很明显这个过程中文件F新增了两个数据块,但是文件F中记录的新增数据块个数却只增加了1个。所以当两个或两个以上进程同时修改文件信息时也需要一定的同步机制,来保障文件系统带的正确性。

    为了支持多个进程同时修改文件信息,当然可以像管理空闲inodedatablock一样在相应的代码段加上互斥锁,来保证修改文件信息的原子性。但是UNIX操作系统却并没有这么做,而是给出了针对文件系统单独设计了文件锁和记录锁。每次对文件进行访问时,文件系统都会在VFS层检验是否加锁(文件锁和记录锁的详细介绍和使用方法在很多文档中都有描述,这里不再给出)。

    多个进程同时访问同一个文件,在访问数据前加上互斥锁,完成后释放互斥锁,完全可以保证对文件操作的原子性,而且这样做的开销要小于单独实现的文件锁。显然UNIX操作系统放弃这种表面上看似完美设计的原因就是因为记录锁了。在真实环境中,两个或两个以上进程同时访问一个文件的概率很高,但是一般情况下它们只是对文件的一部分进行操作。为了访问文件的一部分而对整个文件进行加锁,以保证对文件操作的原子性显然是不合适的。

    在数据库操作中,大多数进程对文件访问都只是一条记录,这时如果把整个文件都锁起来,其他需要访问该文件的进程就不得不等待该进程访问结束后才能对该文件进行操作,这样严重限制了对文件操作的并发性。而如果能够在对文件访问时,准确的对访问部分进行加锁,文件其他部分依然能够被别的进程自由访问,情况就明显不一样了。所以相对于能够对文件进行并发访问,单独实现文件锁和记录锁在单次访问时增加的系统开销就显得合情合理了,而且现在CPU的高性能使得这样做的理由更加充分。

    有上述可知,多进程的并发性可以分为,对文件系统访问的并发性和对文件访问的并发性。为了支持对文件系统的并发访问,文件系统需要在多进程访问会修改到的公共资源处加上互斥锁;为了支持对文件的并发访问,UNIX操作系统提供了文件锁和记录锁。

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    千次阅读 2018-06-16 20:33:33
    在嵌入式系统开发的过程中,配置文件用来存放系统或者一些重要进程的一些配置信息,这些配置文件有可能会被多个用户态程序进行访问,因此,防止多线程(或多进程)同时设置相同配置文件,造成低概率配置文件内容丢失...
  • 这篇文章主要介绍了python并发编程多进程 互斥原理解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 运行多进程 每个子进程的内存空间是互相隔离的 进程...
  • linux 文件锁-进程间同步

    千次阅读 2018-03-08 18:07:08
    一、场景 多进程间同步除了信号量、共享内存(原子操作)同步外,还可以使用文件锁来实现。二、实现 linux中有两种是方式,分别是flock()函数和fcntl()函数。使用效果大致相同 flock函数: fd:文件描述符 ...
  • Linux文件锁

    千次阅读 2016-06-13 22:16:07
    为了使得进程操作文件时的安全性,可以使用文件锁文件锁允许进程同时读文件(因为读操作并没有影响文件的内容),但不允许同时写,一些读一些写也不行,所以文件锁分为读锁和写锁。读锁的效果是允许...
  • 使用文件锁实现进程间同步

    千次阅读 2017-05-12 23:00:59
    在实际应用中,会出现这种应用场景:希望shell下执行的脚本对某些竞争资源提供保护,避免出现冲突。本文将通过fcntl模块的文件整体上机制来实现这种进程间同步功能。
  • python多进程编程使用进程池非常的方便管理进程,但是有时候子进程之间会抢占一些独占资源,比如consol或者比如日志文件的写入权限,这样的时候我们一般需要共享一个Lock来对独占资源加锁。lock作为一个不可直接打包...
  • Linux的进程间通信-文件和文件锁

    千次阅读 2016-08-03 08:46:22
    前言使用文件进行进程间通信应该是最先学会的一种IPC方式。任何编程语言中,文件IO都是很重要的知识,所以使用...我们首先引入文件进行IPC,试图先使用文件进行通信引入一个竞争条件的概念,然后使用文件锁解决这个问
  • Linux进程间通信中的文件和文件锁

    千次阅读 2016-08-12 23:17:07
    Linux进程间通信中的文件和文件锁  来源:穷佐罗的Linux书 前言 使用文件进行进程间通信应该是最先学会的一种IPC方式。任何编程语言中,文件IO都是很重要的知识,所以使用文件进行进程间通信就成了很自然被...
  • php中进程多进程的实现

    千次阅读 2016-08-02 13:12:26
    首先关于进程锁,具体原理的话为了节省时间就先不讲了,直接来点实际的,怎么用,都是直接复制粘贴就能实现的功能。 先说下为什么需要进程锁吧。主要作用就是防止你重复执行同一程序,主要用在crontab中,当你设置...
  • fcntl系统调用可以用来对已打开的文件描述符进行各种控制操作以改变已打开文件的的各种属性 函数原型: #include<unistd.h> #include<fcntl.h> intfcntl(intfd,intcmd); intfcntl(intfd,intcmd,...
  • Python的多进程锁的使用

    万次阅读 2017-12-07 17:26:38
    时候,我们需要在进程中同时写一个文件,如果不加锁机制,就会导致写文件错乱 这个时候,我们可以使用multiprocessing.Lock() 我一开始是这样使用的: import multiprocessing lock = multiprocessing...

空空如也

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多进程文件锁