文件系统如何处理并发的读写操作？

Question

用户A请求系统读取文件foo，同时用户B想将他或她的数据保存到同一个文件中。在文件系统层面上如何处理这种情况？

- Matteo Riva

Answer 1

大多数文件系统（但并非所有）使用锁定来保护对同一文件的并发访问。该锁可以是排他性的，因此第一个获取锁的用户可以访问 - 后续用户会收到“访问被拒绝”的错误。在您的示例场景中，用户A将能够读取文件并获得文件锁，但用户B在用户A读取时将无法写入。

某些文件系统（例如NTFS）允许指定锁定级别，例如允许并发读取器但不允许写入器。还可以进行字节范围锁定。

与数据库不同，文件系统通常不是事务性的，不具备原子性，并且来自不同用户的更改未隔离（如果甚至可以看到更改-锁定可能会禁止此操作。）

使用整个文件锁定是一种粗略的方法，但它将防止不一致的更新。并非所有文件系统都支持整个文件锁定，因此通常的做法是使用锁定文件-通常为空文件，其存在表明其关联的文件正在使用中。（在大多数文件系统上，创建文件是一个原子操作。）

• 维基百科-文件锁定

- mdma

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锁定是针对整个文件还是针对其部分（块/索引节点/其他）进行的？ - Matteo Riva

答案是与文件系统相关的（正如您从其他答案中无疑所得出的结论）。对于大多数情况，Windows 使用整个文件锁定，因为这是打开文件的 API 的一部分（CreateFile）。字节范围锁定也是可用的，但应用程序必须使用不同的 API 函数（LockFile）特别请求文件区域的锁定。 - mdma

Answer 2

对于Linux系统而言，简单来说，如果有并发写入，则从文件中获取的信息可能会出现一些奇怪的情况。内核在运行每个read()和write()操作时会使用锁定。 （尽管我忘记了整个文件是否被锁定或者它是以每页为粒度的。）但是，如果应用程序使用多个write()调用将信息写入文件，则read()可能会在这些调用之间发生，因此它可能会看到不一致的数据。这是操作系统中的atomicity violation。

正如mdma所提到的，您可以使用file locking确保同时只有一个读者和一个写者。听起来NTFS使用mandatory locking，其中如果一个程序锁定了文件，则所有其他程序在尝试访问该文件时都会收到错误消息。

Unix程序通常根本不使用锁定，而当它们使用锁定时，锁定通常是advisory的。建议性锁定仅防止其他进程在同一文件上获得建议性锁定；它实际上不会阻止读取或写入。（也就是说，它仅为检查锁定的人锁定文件。）

- Karmastan