flock System Call and Tool

Unix System의 System Call중 하나인 flock System Call을 이해하고, Linux에서 flock System Call을 이용하여 제작된 File Lock Tool인 flock Tool을 분석한다.

1. flock() System Call

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int flock(int fd, int operation)

파일에 Lock을 걸거나 푸는 System Call이다. 다음과 같은 Parameter를 이용한다.

• fd : Open한 파일의 File Descriptor를 넣는다.
• operation : fd에 대한 수행 동작 및 옵션을 명시한다. LOCK-SH, LOCK-EX, LOCK-UN 3가지 Operation을 넣을 수 있다. LOCK-SH은 Read Lock, LOCK-EX은 Write Lock, LOCK-UN은 Unlock 동작을 수행한다. 또한 LOCK-NB 옵션을 통해 Non-blocking System Call로 이용이 가능하다.

Unlock은 LOCK-UN Operation을 이용하거나, fd가 Close되면 자동으로 Unlock된다. fd는 close() System Call을 통해서 Close 되거나, fd를 Open한 Process가 종료되면 Kernel에서 fd를 Close한다. 따라서 대부분의 경우 따라서 대부분의 경우 open(), flock() System Call을 호출한 Process가 비정상적으로 종료되어도 Lock은 자연스럽게 Unlock 된다.

하지만 fd를 Open한 Process가 Fork하여 Child Process를 생성하는 경우, Fork와 동시에 fd 정보도 복사되기 때문에, flock() System Call을 호출한 Process가 종료되어도 Child Process가 종료되지 않으면 fd가 Close되지 않는다. 따라서 Process가 Fork를 통해 Child Process를 생성하는 경우 flock() System Call 사용에 주의해야 한다.

2. flock Tool

Linux에서는 flock System Call을 이용하여 Shell에서 File Lock을 이용할 수 있는 flock Tool을 제공한다.

2.1. Flow

[Figure 1]은 flock Tool의 실행 순서를 나타내고 있다. Open시 O-CREAT Option을 이용하기 때문에 Lock 파일이 없으면 Lock 파일이 생성된다. -x 옵션은 LOCK-EX 수행을 한다는 의미이고, Lock 파일은 file.lock 파일을 이용한다. /bin/bash가 Exclusive하게 수행된다.

-o 옵션을 주면 flock Tool이 Fork 후 Child Process에서 Command 수행전 fd를 Close한다. Lock은 Command에 관계 없이 flock Tool이 wait 동작을 수행하고 종료되면 반드시 Unlock된다. 반면에 -o 옵션을 주지 않으면 Fork 후 fd를 Close 하지 않는다. Child Process에서 동작하는 Command가 Fork를 수행하여 또 다른 Child Process를 생성하는 경우, flock Tool이 종료되어도 Child의 Child Process가 fd를 Close하지 않으면 Unlock이 수행되지 않는다. 따라서 Command가 Fork를 수행한다면 -o 옵션을 이용 해야한다.

2.2. Lock File 삭제

flock Tool을 이용하면 Lock 파일이 생기기만 하고 삭제되지 않아, Lock 파일이 쌓이는 문제가 발생한다. 하지만 Lock 파일을 외부에서 임의로 지우면 안된다. [Figure 2]는 Lock 파일을 임의로 지우는 경우 Command가 Exclusive하게 동작하지 않을 수 있는 경우를 나타내고 있다.

첫번째 flock Tool이 수행되고 있을 때 2번째 flock Tool이 수행되면 같은 file.lock 파일을 Lock 파일로 이용하기 때문에 두번째 flock Tool은 Blocking된다. (빨간구간) 그 후 첫번째 flock Tool이 수행을 마치면서 두번째 flock Tool이 수행된다. 이때 세번째 flock Tool이 수행되기 전 file.lock이 지워지면, 두번째 flock Tool이 이용한 file.lock을 세번째 flock Tool이 볼 수 없기 때문에 Command가 동시에 실행될 수 있다.

Lock 파일을 안전하게 지우는 방법은 Lock 파일을 tmpfs같은 메모리 파일시스템에 만들면 된다. PC 재부팅 시 자연스럽게 Lock 파일이 지워진다.

3. 참조

• inode Check File Lock : http://stackoverflow.com/questions/17708885/flock-removing-locked-file-without-race-condition