群（）：在没有竞争条件的情况下删除锁定的文件？

Question

我将flock() 用于名为互斥体的进程间（即某些进程可以决定对“some_name”进行锁定，这是通过在临时目录中锁定一个名为“some_name”的文件来实现的：

lockfile = "/tmp/some_name.lock";
fd = open(lockfile, O_CREAT);
flock(fd, LOCK_EX);

do_something();

unlink(lockfile);
flock(fd, LOCK_UN);

应该在某个时候删除锁定文件，以避免临时目录中包含数百个文件。

但是，这段代码中有一个明显的竞争条件；以进程 A、B 和 C 为例：

A opens file
A locks file
B opens file
A unlinks file
A unlocks file
B locks file (B holds a lock on the deleted file)
C opens file (a new file one is created)
C locks file (two processes hold the same named mutex !)

有没有办法在不引入这种竞争条件的情况下删除锁定文件？

Answer 1

如果您仅将这些文件用于锁定，而不实际写入它们，那么我建议您将目录条目本身的存在视为持有锁定的指示，并完全避免使用flock。

为此，您需要构造一个操作，该操作创建一个目录条目并在它已经存在时报告错误。在 Linux 和 大多数 文件系统上，将 O_EXCL 传递给 open 将适用于此。但是某些平台和某些文件系统（尤其是较旧的 NFS）不支持此功能。因此，man page for open 提出了一个替代方案：

想要使用 lockfile 执行原子文件锁定并且需要避免依赖 NFS 对 O_EXCL 的支持的便携式程序可以在同一文件系统上创建唯一文件（例如，合并主机名和 PID），并使用link(2) 链接到锁定文件。如果link(2) 返回0，则锁定成功。否则，在唯一文件上使用stat(2) 来检查其链接数是否增加到2，这样锁也成功了。

所以这看起来像是一个正式记录的锁定方案，因此表明了一定程度的支持和最佳实践建议。但我也看到了其他方法。 bzr 例如在大多数地方使用目录而不是符号链接。引用its source code:

一个锁在磁盘上由一个特定名称的目录表示， 包含一个信息文件。通过重命名一个锁来完成 临时目录到位。我们使用临时目录是因为 对于所有已知的传输和文件系统，我们相信只有一个 尝试申领锁将成功，而其他尝试将失败。 （文件 不会这样做，因为某些文件系统或传输只有 重命名和覆盖，很难分辨谁赢了。）

上述方法的一个缺点是它们不会阻塞：失败的锁定尝试会导致错误，但不会等到锁定可用。您将不得不轮询锁，这可能会因为锁争用而产生问题。在这种情况下，您可能希望进一步脱离基于文件系统的方法，转而使用第三方实现。但是关于如何做 ipc 互斥的一般问题已经被问到了，所以我建议你search for [ipc] [mutex] 看看结果，特别是this one。顺便说一句，这些标签也可能对您的帖子有用。

Answer 2

对不起，如果我回答了一个死问题：

锁定文件后，打开另一个副本，fstat两个副本并检查inode编号，如下所示：

lockfile = "/tmp/some_name.lock";

    while(1) {
        fd = open(lockfile, O_CREAT);
        flock(fd, LOCK_EX);

        fstat(fd, &st0);
        stat(lockfile, &st1);
        if(st0.st_ino == st1.st_ino) break;

        close(fd);
    }

    do_something();

    unlink(lockfile);
    flock(fd, LOCK_UN);

这可以防止竞争条件，因为如果一个程序对仍在文件系统上的文件持有锁，则所有其他拥有剩余文件的程序都会有一个错误的 inode 号。

我实际上在状态机模型中证明了这一点，使用以下属性：

如果 P_i 有一个描述符锁定在文件系统上，则没有其他进程处于临界区。

如果 P_i 在具有正确 inode 的 stat 之后或在关键部分中，则它的描述符已锁定在文件系统上。

Answer 3

1. 在 Unix 中，可以在打开文件时将其删除 - inode 将一直保留，直到所有在其文件描述符列表中包含它的进程结束为止
2. 在 Unix 中，可以通过检查链接计数变为零来检查文件是否已从所有目录中删除

因此，您可以简单地检查已打开文件的 nlink 计数，而不是比较旧/新文件路径的 ino 值。它假定它只是一个临时锁定文件，而不是真正的互斥资源或设备。

lockfile = "/tmp/some_name.lock";

for(int attempt; attempt < timeout; ++attempt) {
    int fd = open(lockfile, O_CREAT, 0444);
    int done = flock(fd, LOCK_EX | LOCK_NB);
    if (done != 0) { 
        close(fd);
        sleep(1);     // lock held by another proc
        continue;
    }
    struct stat st0;
    fstat(fd, &st0);
    if(st0.st_nlink == 0) {
       close(fd);     // lockfile deleted, create a new one
       continue;
    }
    do_something();
    unlink(lockfile); // nlink :=0 before releasing the lock
    flock(fd, LOCK_UN);
    close(fd);        // release the ino if no other proc 
    return true;
}
return false;