「干货」linux文件系统中的“锁”

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在多进程共享的应用程序中，通过“锁”来对同一个计算资源进行协同是非常常见的做法，无论在单机或多机的系统、数据库、文件系统中，都需要依赖“锁”机制来避免并发访问导致的不确定结果，今天我们就来讲讲文件系统中的“锁”。

首先，文件锁也是一种互斥机制，可确保多个进程以安全的方式读取/写入同一个文件。之所以要对这些多进程业务进行控制，就是因为这些进程的调度是不可预期的，这种时序上的不可预期会对同一个文件资源产生竞争性访问，从而带来预期外的结果。

我们可以看一个例子，以便更好地理解这个问题。

假设我们有一个 account.dat 文件，用于存储帐户余额，其初始值为“200”。并发系统有两个进程来更新这个文件上的余额值：

显然，在顺序执行完这两个进程后，我们期望文件具有以下值：200-20 + 80 = 260。

但是，如果进程的执行不是按预期的顺序直径，在以下这种情况下，可能会出现不一样的结果：

结果，account.dat 文件中保存的余额就是 280 而不是预期值 260。

Linux 中的文件锁

像前面提到的，文件锁是一种在多个进程之间限制文件并发访问的机制。它仅允许一个进程在特定时间内访问文件，从而避免更新问题。

我们都知道 rm -rf / 在 Linux 中是非常危险的命令。如果我们以 root 用户身份执行该命令，它甚至可以删除正在运行的系统中的所有文件。这是因为 Linux 通常不会自动给打开的文件加锁，所以即使是正在运行的文件，仍然有可能被 rm 命令删除。Linux 支持两种文件锁：协同锁（Advisory lock）和强制锁（Mandatory lock）。

协同锁（Advisory lock）

协同锁定不是强制性锁方案，仅当参与的进程通过显式获取锁进行协作时，它才有效。否则，如果某个进程根本不知道锁，则这个协同锁会被忽略掉（意味着各个进程间必须协商并遵守这个协同锁的机制，才能发挥锁的作用）。

下面这个例子可以帮助我们更容易地理解协同锁机制。让我们先回顾一下我们之前提到的账户文件的例子。

首先，我们假设文件 account.dat 仍包含初始值 “200”。

进程 A 获取 account.dat 文件的排他锁，然后打开并读取该文件以获取当前值：200。

我们必须了解，协同锁不是由操作系统或文件系统设置的。因此，即使进程 A 锁定了文件，进程 B 仍然可以通过系统调用自由读取、写入或删除文件。

如果进程 B 不尝试在获取锁的情况下，就执行文件操作，则可以说进程 B 与进程 A 没有使用协同锁机制进行合作，仍然会带来不可预期的结果。

现在，让我们看一下锁如何在协作流程中发挥作用：

强制锁（Mandatory Lock）

与协作锁不同，强制锁不需要参与进程之间的任何合作。一旦在文件上激活了强制锁，操作系统便会阻止其他进程读取或写入文件。

要在 Linux 中启用强制性文件锁定，必须满足两个要求：

使用强制锁之后，这个锁会在操作系统级别进行管理和控制。