进程同步的方法

本文介绍进程间同步的3种方法，分别是文件锁，信号量和互斥量。并且介绍它们是如何实现进程间同步的。

1.1 文件锁（记录锁）

文件锁，在APUE中称为记录锁（record locking)，是保证某一时刻只有一个进程修改文件中的一个指定区域的锁。

1.1.1 fcntl()

fcntl()函数原型：int fcntl(int fd, int cmd, struct flock* fllockptr)。

对于函数fcntl()来说，记录锁是通过cmd来控制的。记录锁的对应的cmd有：F_GETLK，F_SETLK和F_SETLKW。

flock结构体的定义如下：

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struct flock {
    short l_type;    /* F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
    short l_whence;  /* SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
    short l_start;   /* offset in bytes, relative to l_whence */
    short l_len;     /* length, in byte, 0 means lock of EOF */
    short l_pid;     /* returned with F_GETLK */
}

flock结构中各个成员的含义说明：

l_type表示文件锁的类型：F_RDLCK表示共享读锁, F_WRLCK为独占写锁, F_UNLCK为解锁指定文件区域
l_whence, l_start和lseek()中的whence、offset功能相同；

1.1.2 文件锁的使用方法

对整个文件加锁的方法：将l_start和l_len都设置为0, l_whece设置为SEEK_SET。
如果一个进程对一个文件区域已经加了锁，后续如果该进程再次对同一区域再次加锁。则新锁将替换已持有的锁。
加读锁时，该文件描述符必须是读打开的。加写锁时，该描述符必须是写打开的。

fcntl函数中，文件锁三种参数的的说明：

F_GETLK：判断对flockptr指定的文件区域加锁是否可以会被阻塞。

F_SETLK：尝试获取一把锁，若无法获取锁，则返回错误码EACCES，EAGAIN。

F_SETLKW：这个命令是F_SETLK的阻塞版本（w表示wait)。锁所设置的文件区域已经加锁而我们又无法获取该锁时，那么当前进程会被阻塞。只有等请求的锁可用或者休眠被信号中断，该进程才会被唤醒。

1.1.3 文件锁的继承和释放

文件锁和进程、文件关联。以下几种场景都会关闭文件锁。
- 进程退出：当一个进程退出时，它所建立的锁全部关闭。
- 文件关闭：文件描述符关闭，则该文件关联的锁全部关闭。
由fork创建的子进程不继承父进程设置的锁。
在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。但是，如果文件设置了(O_CLOEXEC)。

1.2 信号量

信号量的使用方法见进程间通信文章中的相关内容。

1.3 互斥量

使用互斥量在多个进程之间实现同步，需要做如下处理：

多个进程之间需要使用共享内存。
互斥量需要在共享内存中中初始化；
互斥量的属性需要设置为PTHREAD_PROCESS_SHARED。

进程间使用互斥量的示例如下：

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