“文件加锁续-linux—unix课件\\第八讲-2 linux文件系统”
在Linux和Unix系统中,文件加锁是一种重要的机制,用于管理多个进程对同一文件的并发访问。文件加锁分为两类:劝告锁(建议锁)和强制锁。
劝告锁,也称为非排他锁,遵循“最佳努力”原则。这种锁不会阻止其他进程访问被锁定的文件,只有当其他进程显式检查文件锁时,劝告锁的作用才会显现。这意味着如果一个进程在不知道文件被锁定的情况下继续操作,劝告锁可能无法防止数据冲突。
强制锁则是更为严格的文件保护机制。每次进程调用open(), read(), write()等系统调用时,内核会检查这些操作是否违反了文件上的强制锁。强制锁有两种主要形式:
1. 共享模式强制锁:允许多个进程同时读取(共享)一个文件,但只有在没有写锁存在时才能进行读操作。如果一个进程试图在有写锁存在的文件上读取,它会被阻塞,直到写锁被释放。
2. 租借锁:这是一种时间敏感的锁类型,用于保护文件的一致性。当一个进程对受租借锁保护的文件进行操作时,它必须在预定的时间间隔内完成并释放锁。如果超过这个时间限制,内核会自动删除锁,以防止进程意外挂起导致其他进程无法访问文件。
在Linux文件系统中,文件API遵循POSIX标准,提供了对这两种锁的支持。通过flock()或fcntl()系统调用,进程可以申请和释放文件锁。flock()通常用于实现劝告锁,而fcntl()则可以处理劝告锁和强制锁。
Linux文件系统的核心是虚拟文件系统(VFS),它是一个内核软件层,为各种不同的文件系统提供了一个统一的接口。VFS包括一系列接口函数、管理数据结构和缓存机制,使得无论是本地磁盘文件系统(如Ext2、VFAT、NTFS、ISO9660等)、网络文件系统(如NFS、Coda)还是特殊文件系统(如/proc),都可以在统一的框架下工作。
VFS支持的文件系统可以分为三类:
1. 基于磁盘的文件系统:管理磁盘空间,如VFAT、NTFS、ISO9660等。
2. 网络文件系统:如NFS,允许远程文件共享。
3. 特殊文件系统:不管理磁盘空间,如/proc,提供对系统状态的访问。
通用文件模型是VFS的核心概念,它由超级块对象、索引节点对象、文件对象和目录项对象组成。超级块存储了已安装文件系统的信息,索引节点对象包含文件的具体信息,文件对象处理进程与打开文件的交互,而目录项对象则用于链接目录项和文件。
磁盘高速缓存是VFS的一个重要组成部分,它提高了文件访问速度,将常用目录项对象存储在内存中,减少磁盘I/O操作。
Linux的文件加锁机制和VFS设计确保了系统在多任务环境下对文件的正确管理和高效访问,同时提供了一种灵活的方式,以支持不同类型的文件系统。通过理解和应用这些机制,开发者可以更好地控制并发进程对文件的访问,避免数据冲突,确保系统稳定性和数据一致性。