什么是建议性锁和强制性锁
- 建议性锁：建议性锁并不从内核限制程序访问文件，而是依赖各个合作进程(cooperating process)之间遵循相应的规则。
- 强制性锁：强制性锁会让内核检查每一个open、read、和write,验证调用进程是否违背了正访问的文件上的某一把锁。
就好比红灯亮了，人们遵守规则不闯红灯，但是如果有人要强行闯红灯的话，并没有好的方法去阻止，这就是建议性锁。
但是如果我们在红灯亮的同时，把道路也封起来，这时候你想闯也闯不了，这就是强制性锁。
Linux上的强制性锁
Linux系统上的强制性锁默认情况下是不开启的。如果要开启强制性锁，要由以下两个步骤完成：
- 在文件系统mount的时候加上-o mand参数
- 打开文件的设置组ID位并且关闭其组执行位
在shell下可以这样打开1
2$ chmod g+s <filename>
$ chmod g-x <filename>
或者通过fchmod函数设置1
fchmod(fd,(statbuf.st_mode & ~S_IXGRP) | S_ISGID)
验证强制性锁
我们可以编写一段测试程序，它打开一个文件（系统已打开强制性锁模式），对该文件整体设置一把读锁，然后休眠一段时间。
该程序如下：
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int main(int argc,char *argv[])
{
int fd;
pid_t pid;
struct stat statbuf;
if(argc != 2)
{
fprintf(stderr,"usage: %s filename\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,FILE_MODE)) < 0)
{
err_sys("open error");
}
if(write(fd,"abcef",6) != 6)
{
err_sys("write error");
}
if(fstat(fd,&statbuf) < 0)
{
err_sys("fstat error");
}
if(fchmod(fd,(statbuf.st_mode & ~S_IXGRP) | S_ISGID) < 0)
{
err_sys("fchmod error");
}
if((read_lock(fd, 0, SEEK_SET, 0)) < 0)
{
err_sys("read_lock error");
}
sleep(60);
exit(0);
}
运行程序
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$ ./lock temp.lock
在另一个终端验证
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$ echo "hello" > temp.lock
可以看到出现了下面的错误
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-bash: temp.lock: Resource temporarily unavailable
事实证明我们的读锁生效了。
绕过强制性锁
我们用vi程序对temp.lock进行洗编辑，其结果竟然可以写回磁盘！强制性锁不起作用了？
我们用strace -c vim 命令跟踪vim程序的系统调用
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$ strace -c vim temp.lock
返回如下信息：
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47 % time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 0.000015 15 1 setxattr
0.00 0.000000 0 34 read
0.00 0.000000 0 31 write
0.00 0.000000 0 29 2 open
0.00 0.000000 0 29 close
0.00 0.000000 0 22 4 stat
0.00 0.000000 0 20 fstat
0.00 0.000000 0 4 3 lstat
0.00 0.000000 0 2 poll
0.00 0.000000 0 5 lseek
0.00 0.000000 0 34 mmap
0.00 0.000000 0 17 mprotect
0.00 0.000000 0 8 munmap
0.00 0.000000 0 6 brk
0.00 0.000000 0 22 rt_sigaction
0.00 0.000000 0 6 rt_sigprocmask
0.00 0.000000 0 19 ioctl
0.00 0.000000 0 6 2 access
0.00 0.000000 0 46 select
0.00 0.000000 0 1 getpid
0.00 0.000000 0 2 socket
0.00 0.000000 0 2 connect
0.00 0.000000 0 2 sendto
0.00 0.000000 0 1 recvmsg
0.00 0.000000 0 1 execve
0.00 0.000000 0 1 uname
0.00 0.000000 0 9 fcntl
0.00 0.000000 0 1 fsync
0.00 0.000000 0 8 getcwd
0.00 0.000000 0 5 chdir
0.00 0.000000 0 4 fchdir
0.00 0.000000 0 1 rename
0.00 0.000000 0 6 1 unlink
0.00 0.000000 0 1 1 readlink
0.00 0.000000 0 2 chmod
0.00 0.000000 0 1 fchown
0.00 0.000000 0 1 getrlimit
0.00 0.000000 0 1 sysinfo
0.00 0.000000 0 3 getuid
0.00 0.000000 0 1 sigaltstack
0.00 0.000000 0 1 statfs
0.00 0.000000 0 1 arch_prctl
0.00 0.000000 0 1 1 getxattr
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 0.000015 398 14 total
我们可以发现其调用了rename函数，我们知道rename其实是通过unlink和link函数来实现对文件硬连接的改变。
分析其原理：
vim将新内容写到一个临时文件中，然后删除原文件，最后将临时文件名改为原文件名。而强制性锁对unlink函数没有影响^_^。
知道了原理那么我们可以自己编写一段代码来验证：
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int main(int argc,char *argv[])
{
int fd;
if(argc != 2)
{
fprintf(stderr,"usage: %s filename\n", argv[0]);
}
if((fd = open(".temp",O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,FILE_MODE)) < 0)
{
err_sys("open error");
}
if(write(fd,"ghijkl",6) != 6)
{
err_sys("write error");
}
if(unlink(argv[1]) < 0)
{
err_sys("unlink error");
}
if(link(".temp",argv[1]) < 0)
{
err_sys("link error");
}
if(unlink(".temp") < 0)
{
err_sys("unlink error");
}
exit(0);
}
该程序先创建一个.temp临时文件，然后写放一些数据，接着unlink原文件，再将.temp重命名成原文件，最后记得unlink临时文件。
记得该程序的工作目录必须和原文件处在同一个磁盘，因为跨磁盘的link是不允许的。最后看看效果：1
2$ cat temp.lock
ghijkl
(全文完)