如何在Linux和C中使用文件作为互斥体？

Question

我有不同的进程在Linux中同时访问命名管道，我想让这个访问互斥。

我知道有可能实现使用共享内存区域中的互斥锁，但这是一种家庭作业，我有一些限制。

因此，我想到的是在文件上使用锁定原语来实现互斥;我做了一些尝试，但我无法使它工作。

这是我的尝试：

flock(lock_file, LOCK_EX) 

// critic section 

flock(lock_file, LOCK_UN) 

不同的项目将使用不同的文件描述符，但指的是同一个文件。 是否有可能实现类似的目标？你能举一些例子吗？

Answer 1

你的例子和你使用flock (2)一样好（毕竟，这只是一个“顾问”锁（也就是说根本不是锁））。在我的Mac OS X系统上的手册页有几个可能重要的附带条件：

锁在文件上，而不是文件描述符。也就是说，通过dup（2）或fork（2）复制的文件描述符不会导致锁的多个实例，而是多次引用单个锁。如果一个进程上的文件叉持有锁和孩子明确地解锁文件，该 母公司就失去了锁定

和

进程阻塞，正在等待一个锁可以通过信号唤醒。

两者都提出了可能失败的方法。

---

//本来是一个评论，但我想在一些长度引述该名男子页

Answer 2

标准锁文件技术使用O_EXCL等选项调用open()来尝试创建文件。您使用锁存储进程的PID，因此您可以确定进程是否仍然存在（使用kill()进行测试）。你必须担心并发 - 很多。

步骤：

• 基于FIFO的名称确定锁定文件的名称
如果使用如果其他进程存在，它存在
• 存在
• 检查是否处理
• 打开锁文件，它已控制（退出时出错，或等待退出）
• 如果没有其他进程，则删除锁定文件
• 此时，锁定文件在上次检查时不存在。
• 尝试使用其他选项中的open()和O_EXCL来创建它。
• 如果有效，您的流程创建了文件 - 您有权继续。
• 将您的PID写入文件;关闭它。
• 打开FIFO - 使用它。
• 完成后（atexit()？）删除锁定文件。

担心如果打开锁定文件并且不读取PID会发生什么......是另一个进程是否创建了它并且尚未将其PID写入其中，还是在此之前死亡？可能最好退后一步 - 关闭文件并重试（可能在随机化后的nanosleep()）。如果您多次获取空文件（比如说连续3次），则假定进程已死，并删除锁定文件。

当FIFO打开时，您可以考虑拥有该文件的进程在该文件上保留一个咨询锁。如果锁不存在，则该过程已经死亡。在打开文件和应用锁之间仍然存在TOCTOU（检查时间，使用时间）漏洞窗口。

仔细查看系统上的open()手册页，查看是否有任何其他选项可以帮助您。有时，进程使用目录（mkdir()）而不是文件，因为甚至root也不能创建给定目录名称的第二个实例，但是如果知道资源打开的进程的PID，则会遇到问题等。

Answer 3

我肯定会推荐使用一个实际的互斥（正如在评论中有人建议） ;例如，pthread库提供an implementation。但是如果你想自己做一个用于教育目的的文件，我建议看一下前面发布的this answer，它描述了在Python中这样做的方法。转换为C，它应该看起来像这样（警告：未经测试的代码，使用风险自负;我的C是生锈的）：

// 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;