Linux下的文件锁

Linux下有两种不同的文件锁机制，一种是通过 flock 系统调用锁定整个文件，另一种是通过 fcntl 系统调用完成更细粒度的记录锁（锁定文件中的一个区间）

open 系统调用

Linux下，在最初打开一个文件的时候，最终都是落到 open 这个系统调用上。

open系统调用 (@./fs/open.c) 里头做了很多事情，跟文件锁有关的主要是分配了一个 struct file 对象，并且给该对象的 struct inode *inode 和 struct file_operations *f_op 成员赋值。

其中 inode 是对应文件系统分配的（比如 ext4 文件系统的分配函数是 fs/ext4/inode.c 中的 ext4_iget），其中也包含了一个 struct file_operations * 类型的成员 i_fop，即针对该文件系统文件操作的函数指针集合。

以上提到的两次 struct file_operations 对象包含 flock 和 lock 两个函数指针，分别用于上述的两种不同锁机制。

内核在内存中只会给一个文件分配一个 struct inode 对象，不同进程打开同一个文件时，都会单独分配一个 struct file 对象，且 file->inode 指向该文件对应的 inode 对象。其中 file->f_op 实际上就是在 open 系统调用过程中，从 inode->i_fop 拷贝过来的。(open -> do_sys_open -> do_filp_open -> path_openat -> do_last -> vfs_open -> do_dentry_open: f->f_op = fops_get(inode->i_fop))

flock 加锁

内核首先根据第一个参数 fd 找到内核中的 struct file 对象，判断 file->f_op->flock 指针是否有效，如果有效（说明是文件系统指定了加锁机制，例如 fs/fuse/file.c 中指定了 fuse_file_flock 函数，而ext2/3/4都没有指定），就调用该指针指向的函数来执行加锁操作；如果不存在，则执行flock_lock_file_wait -> flock_lock_inode （@ fs/locks.c）。

如果文件系统没有指定加锁机制，那么 flock_lock_inode 会尝试给该文件对应的 inode 加文件锁（加锁机制比较琐碎，我没看得太细，大致是获取 inode->i_flctx->flc_lock 这个spinlock，然后增删改查 inode->i_flctx->flc_flock 这个链表，但是可以看出全是内存操作）。

如果文件系统指定了加锁机制，那么就要具体考察对应的加锁机制是否是持久化在磁盘上了；不过从加锁这个需求本身去考察，大多数情况下应当是期望能够快速完成，除了特殊情况，可以认为只是在内存中操作，并没有持久化到磁盘。

fcntl 加锁

与 flock 类似，区别在于判断的函数指针是 file->f_op->lock ，如果不存在的话，则调用 posix_lock_file 尝试对该 inode 加记录锁，也是在 inode->i_flctx 上面倒腾，不过用的是 inode->i_flctx->flc_lock 这个链表，具体操作更复杂一些，还要考虑记录锁区间的交叉等问题。