如何在Linux和C中使用文件作爲互斥體？

Question

我有不同的進程在Linux中同時訪問命名管道，我想讓這個訪問互斥。

我知道有可能實現使用共享內存區域中的互斥鎖，但這是一種家庭作業，我有一些限制。

因此，我想到的是在文件上使用鎖定原語來實現互斥;我做了一些嘗試，但我無法使它工作。

這是我的嘗試：

flock(lock_file, LOCK_EX) 

// critic section 

flock(lock_file, LOCK_UN) 

不同的項目將使用不同的文件描述符，但指的是同一個文件。 是否有可能實現類似的目標？你能舉一些例子嗎？

Answer 1

你的例子和你使用flock (2)一樣好（畢竟，這只是一個「顧問」鎖（也就是說根本不是鎖））。在我的Mac OS X系統上的手冊頁有幾個可能重要的附帶條件：

鎖在文件上，而不是文件描述符。也就是說，通過dup（2）或fork（2）複製的文件描述符不會導致鎖的多個實例，而是多次引用單個鎖。如果一個進程上的文件叉持有鎖和孩子明確地解鎖文件，該 母公司就失去了鎖定

和

進程阻塞，正在等待一個鎖可以通過信號喚醒。

兩者都提出了可能失敗的方法。

---

//本來是一個評論，但我想在一些長度引述該名男子頁

Answer 2

標準鎖文件技術使用O_EXCL等選項調用open()來嘗試創建文件。您使用鎖存儲進程的PID，因此您可以確定進程是否仍然存在（使用kill()進行測試）。你必須擔心併發 - 很多。

步驟：

• 基於FIFO的名稱確定鎖定文件的名稱
如果使用如果其他進程存在，它存在
• 存在
• 檢查是否處理
• 打開鎖文件，它已控制（退出時出錯，或等待退出）
• 如果沒有其他進程，則刪除鎖定文件
• 此時，鎖定文件在上次檢查時不存在。
• 嘗試使用其他選項中的open()和O_EXCL來創建它。
• 如果有效，您的流程創建了文件 - 您有權繼續。
• 將您的PID寫入文件;關閉它。
• 打開FIFO - 使用它。
• 完成後（atexit()？）刪除鎖定文件。

擔心如果打開鎖定文件並且不讀取PID會發生什麼......是另一個進程是否創建了它並且尚未將其PID寫入其中，還是在此之前死亡？可能最好退後一步 - 關閉文件並重試（可能在隨機化後的nanosleep()）。如果您多次獲取空文件（比如說連續3次），則假定進程已死，並刪除鎖定文件。

當FIFO打開時，您可以考慮擁有該文件的進程在該文件上保留一個諮詢鎖。如果鎖不存在，則該過程已經死亡。在打開文件和應用鎖之間仍然存在TOCTOU（檢查時間，使用時間）漏洞窗口。

仔細查看系統上的open()手冊頁，查看是否有任何其他選項可以幫助您。有時，進程使用目錄（mkdir()）而不是文件，因爲甚至root也不能創建給定目錄名稱的第二個實例，但是如果知道資源打開的進程的PID，則會遇到問題等。

Answer 3

我肯定會推薦使用一個實際的互斥（正如在評論中有人建議） ;例如，pthread庫提供an implementation。但是如果你想自己做一個用於教育目的的文件，我建議看一下前面發佈的this answer，它描述了在Python中這樣做的方法。轉換爲C，它應該看起來像這樣（警告：未經測試的代碼，使用風險自負;我的C是生鏽的）：

// each instance of the process should have a different filename here 
char* process_lockfile = "/path/to/hostname.pid.lock"; 
// all processes should have the same filename here 
char* global_lockfile = "/path/to/lockfile"; 
// create the file if necessary (only once, at the beginning of each process) 
FILE* f = fopen(process_lockfile, "w"); 
fprintf(f, "\n"); // or maybe write the hostname and pid 
fclose(f); 

// now, each time you have to lock the file: 
int lock_acquired = 0; 
while (!lock_acquired) { 
    int r = link(process_lockfile, global_lockfile); 
    if (r == 0) { 
     lock_acquired = 1; 
    } 
    else { 
     struct stat buf; 
     stat(process_lockfile, &buf); 
     lock_acquired = (buf.st_nlink == 2); 
    } 
} 
// do your writing 
unlink(global_lockfile); 
lock_acquired = 0;