使用锁文件作为多个进程之间的锁的正确方法

Question

我有一个情况，其中 2 个不同的进程（我的 C++，其他由 JAVA 中的其他人完成）是某个共享数据文件的写入器和读取器。所以我试图通过编写这样的类来避免竞争条件（编辑：此代码已损坏，这只是一个示例）

class ReadStatus
{
    bool canRead;
public:
    ReadStatus()
    {
        if (filesystem::exists(noReadFileName))
        {
            canRead = false;
            return;
        }
        ofstream noWriteFile;
        noWriteFile.open (noWriteFileName.c_str());
        if ( ! noWriteFile.is_open())
        {
            canRead = false;
            return;
        }
        boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::seconds(1));
        if (filesystem::exists(noReadFileName))
        {
            filesystem::remove(noWriteFileName);
            canRead= false;
            return;
        }
        canRead= true;
    }
    ~ReadStatus()
    {
        if (filesystem::exists(noWriteFileName))
            filesystem::remove(noWriteFileName);
    }
    inline bool OKToRead()
    {
        return canRead;
    }
};

用法：

ReadStatus readStatus; //RAII FTW
    if ( ! readStatus.OKToRead())
        return;

这是针对一个程序的，其他的将有类似的类。 想法是： 1.检查其他程序是否创建了他的“我是所有者文件”，如果它有中断，则转到2。 2.创建我的“我是所有者”文件，再次检查其他程序是否创建了他自己的文件，如果它删除了我的文件并中断，则转到3。 3. 做我的阅读，然后删除我的“我是所有者文件”。

请注意，当他们不读或不写时很少发生是可以的，但问题是我仍然看到竞争条件的可能性很小，因为理论上其他程序可以检查我的锁定文件是否存在，看到没有一，然后我创建我的，其他程序创建他自己的，但是在 FS 创建他的文件之前，我再次检查，它不存在，然后灾难发生。这就是我添加一秒延迟的原因，但作为一个 CS 书呆子，我发现运行这样的代码令人不安。 Ofc 我不希望这里有人给我写一个解决方案，但如果有人知道我可以使用的可靠代码的链接，我会很高兴。 附言它必须是文件，因为我不是在编写整个项目，这就是它的安排方式。

P.P.S.: 访问数据文件不是 reader,writer,reader,writer.... 可以是 reader,reader,writer,writer,writer,reader,writer....

P.P.S：其他进程不是用 C++ 编写的 :(，所以 boost 是不可能的。

Answer 1

在 Unices 上，执行纯文件系统锁定的传统方法是使用带有 mkdir() 和 rmdir() 的专用锁定文件，可以通过单个系统调用原子地创建和删除。您可以通过从不明确测试锁的存在来避免竞争——相反，您总是尝试获取锁。所以：

lock:
    while mkdir(lockfile) fails
        sleep

unlock:
    rmdir(lockfile)

我相信这甚至可以在 NFS 上工作（这通常很糟糕）。

但是，您可能还想研究正确的文件锁定，这样加载会更好；我在 Linux 上为此使用F_SETLK/F_UNLCK fcntl locks（请注意，尽管结构名称不同，但它们与羊群锁不同）。这允许您正确阻塞，直到锁被释放。如果应用程序死了，这些锁也会自动释放，这通常是一件好事。另外，这些将使您可以直接锁定共享文件，而无需拥有单独的锁定文件。这也适用于 NFS。

Windows 有非常相似的文件锁定功能，而且它也有易于使用的全局命名信号量，非常方便进程之间的同步。

Answer 2

据我所知，您不能可靠地将文件用作多个进程的锁。问题是，当您在一个线程中创建文件时，您可能会遇到中断并且操作系统会切换到另一个进程，因为 I/O 需要很长时间。删除锁定文件也是如此。

如果可以，请查看同步机制部分下的Boost.Interprocess。

Answer 3

虽然我通常反对进行可以从构造函数/析构函数抛出的 API 调用（请参阅 boost::filesystem::remove 上的文档），或者通常在没有 catch 块的情况下进行抛出调用，但这并不是您真正要问的。

如果它适用于 Windows，您可以查看 Overlapped IO 库。否则您是否考虑过使用shared memory between the processes 代替？

编辑：刚刚看到另一个进程是 Java。您仍然可以创建一个可以在进程之间共享的命名互斥锁，并使用它来创建围绕文件 IO 位的锁，因此它们必须轮流写入。抱歉，我不懂 Java，所以不知道这是否比共享内存更可行。