文件锁操作《精通Unix下C语言编程与项目实践》之三

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[align=center]精通Unix下C语言编程与项目实践之三 [/align]
[align=center]文件锁操作 [/align]
[align=center]作者：朱云翔，胡平[/align]
[align=left]6.9.3 文件锁操作[/align]

在锁机制的使用中，最常见的操作有锁的请求、释放和测试等，这些操作代码基本类似，本处将一一说明。

1. 测试锁

设计函数SeeLock，它查询文件描述符fd对应文件的锁信息，其原型为：
void SeeLock(int fd, int start, int len);
本函数查询描述符fd对应文件从偏移start处开始的len字节中的锁信息，如代码6-5所示：
[align=center]代码6-5 测试锁源码（节自/code/chapter6/lock1.c）[/align]
void SeeLock(int fd, int start, int len)
{
struct flock arg;
arg.l_type=F_WRLCK;
arg.l_whence = SEEK_SET;
arg.l_start = start;
arg.l_len = len;
if (fcntl(fd, F_GETLK, &arg) == -1) fprintf(stderr, "See Lock failed.\n");
else if (arg.l_type == F_UNLCK) fprintf(stderr, "No Lock From %d To %d\n", start, len);
else if (arg.l_type == F_WRLCK) fprintf(stderr, "Write Lock From %d To %d, id=%d\n", start, len, arg.l_pid);
else if (arg.l_type == F_RDLCK) fprintf(stderr, "Read Lock From %d To %d, id=%d\n", start, len, arg.l_pid);
}

2. 申请读锁

设计共享读锁申请函数GetReadLock，其原型为：
void GetReadLock(int fd, int start, int len);
本函数以阻塞模式在文件描述符fd对应的文件中申请共享读锁，锁定的区域为从偏移start处开始的len字节，如代码6-6所示：
[align=center]代码6-6 阻塞申请共享读锁源码（节自/code/chapter6/lock1.c）[/align]
void GetReadLock(int fd, int start, int len)
{
struct flock arg;
arg.l_type=F_RDLCK;
arg.l_whence = SEEK_SET;
arg.l_start = start;
arg.l_len = len;
if (fcntl(fd, F_SETLKW, &arg) == -1) fprintf(stderr, "[%d] Set Read Lock failed.\n", getpid());
else fprintf(stderr, "[%d] Set Read Lock From %d To %d\n", getpid(), start, len);
}

3. 申请写锁

设计互斥写锁申请函数GetWriteLock，其原型为：
void GetWriteLock(int fd, int start, int len)
本函数以阻塞模式在文件描述符fd对应的文件中申请互斥写锁，锁定的区域为从偏移start处开始的len字节，如代码6-7所示：
[align=center]代码6-7 阻塞申请互斥写锁源码（节自/code/chapter6/lock1.c）[/align]
void GetWriteLock(int fd, int start, int len)
{
struct flock arg;
arg.l_type=F_WRLCK;
arg.l_whence = SEEK_SET;
arg.l_start = start;
arg.l_len = len;
if (fcntl(fd, F_SETLKW, &arg) == -1) fprintf(stderr, "[%d] Set Write Lock failed.\n", getpid());
else fprintf(stderr, "[%d] Set Write Lock From %d To %d\n", getpid(), start, len);
}

4. 释放锁

设计文件锁释放函数ReleaseLock，其原型为：
void ReleaseLock(int fd, int start, int len);
本函数从文件描述符fd对应的文件中的释放锁，释放的区域为从偏移start处开始的len字节，如代码6-8所示：
[align=center]代码6-8 释放锁源码（节自/code/chapter6/lock1.c）[/align]
void ReleaseLock(int fd, int start, int len)
{
struct flock arg;
arg.l_type=F_UNLCK;
arg.l_whence = SEEK_SET;
arg.l_start = start;
arg.l_len = len;
if (fcntl(fd, F_SETLKW, &arg) == -1) fprintf(stderr, "[%d] UnLock failed.\n", getpid());
else fprintf(stderr, "[%d] UnLock From %d To %d\n", getpid(), start, len);
}

实例

本处设计了一个文件锁控制进程的实例，如代码6-9所示：
[align=center]代码6-9 释放锁源码（节自/code/chapter6/lock1.c）[/align]
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
void main()
{
int fd;
struct flock arg;
if ((fd = open("/tmp/tlock1", O_RDWR| O_CREAT, 0755)) <0)
{
fprintf(stderr, "open file failed.\n");
return;
}
SeeLock(fd, 0, 10);
GetReadLock(fd, 0, 10); /* 申请读锁 */
SeeLock(fd, 11, 20);
GetWriteLock(fd, 11, 20); /* 申请写锁 */
sleep(30);
ReleaseLock(fd, 0, 10); /* 释放锁 */
ReleaseLock(fd, 11, 20); /* 释放锁 */
}
编译代码6-9如下：
# make lock1
cc -O -o lock1 lock1.c
后台执行进程lock1。它在文件0～10字节处设置读锁，在文件11～20字节处设置写锁，然后进入休眠。
# ./lock1 &
No Lock From 0 To 10 （进程19062，检查文件0~10处，发现无锁）
[19062] Set Read Lock From 0 To 10 （进程19062，在文件0~10处，设置读锁）
No Lock From 11 To 20 （进程19062，检查文件11~20处，发现无锁）
[19062] Set Write Lock From 11 To 20 （进程19062，在文件11~20处，设置写锁）
19062
再执行进程lock1，此时第二个进程lock1将查询到文件第0～10字节处具有读锁，文件第11~20字节处具有写锁。由于读锁的共享性和写锁的互斥性，进程能够申请到读锁，但不能申请到写锁，进程阻塞。
# ./lock1
Read Lock From 0 To 10, id=19062 （进程19063，检查文件0~10处，发现读锁）
[19063] Set Read Lock From 0 To 10 （进程19063，在文件0~10处，设置读锁）
Write Lock From 11 To 20, id=19062 （进程19063，检查文件11~20处，发现写锁）
直到第一个lock1进程执行完毕，释放所占用的读、写锁，第二个lock1进程方可获取写锁，然后进入休眠阶段。
[19062] UnLock From 0 To 10 （进程19062，释放文件0~10处的读锁）
[19062] UnLock From 11 To 20 （进程19062，释放文件0~10处的读锁）
[19063] Set Write Lock From 11 To 20 （进程19063，在文件11~20处，设置写锁）
休眠结束，程序退出。
[19063] UnLock From 0 To 10 （进程19062，释放文件0~10处的读锁）
[19063] UnLock From 11 To 20 （进程19062，释放文件0~10处的读锁）

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