文件系统如何实现扇区锁定？

Question

虽然这是一个一般性的问题，但任何Windows或Linux或Mac支持的文件系统的具体答案都是受欢迎的。

文件系统如何防止两个或多个进程并发地读取/写入本地驱动器的扇区？

我知道显然需要使用某种类型的扇形锁定，但是.

1. 什么是操作系统范围内扇区锁的“类型”： ( a)命名-互斥/命名-信号/文件映射？(在Windows上) ( b)共享内存？(在Linux上)
2. 这个扇形锁存放在哪里:在记忆中？在磁盘上？不管是哪种情况，不管这个锁在哪里，我都知道. ( a)锁的存储必须是逻辑上的临时存储，因为如果其所有者进程崩溃，锁不应永久或无限期地悬空。因此，如果这些锁存在于内存中，则会有所帮助。 ( b)所有进程必须通过找到扇区号函数的名称或ID公开发现锁的下落。因此，如果进程A需要锁定扇区S，A应该知道如何首先访问扇区S的锁L(S)，如果L(S)不存在，则创建L(S)，尝试锁定L(S)，然后返回或阻塞--所有这些都是原子性的，因为另一个进程B也可能与A一起运行，试图执行相同的步骤。
3. 对于大型存储设备来说，扇区的数量也会很大。因此，每个扇区的锁显然不能在内存或磁盘上预先分配。

然而，我不知道或不明白的是，这个问题是如何由Linux上的ext*文件系统、Windows上的FAT*和NTFS处理的，Mac也是如此。

我问题的实际背景:最终，我必须为一个基于Java的定制文件系统应用上述答案，我正在使用Java 7 NIO2 FileSystemProvider编写该系统，其中两个或更多独立的Java进程可以访问附加的读取/写入驱动器中的许多扇区。在Java 7中，我所知道的实现进程间共享内存的唯一非JNI方式是通过MappedByteBuffer。但问题是，这个字节缓冲区将是“原始”内存，而我需要的是一个操作系统范围的互斥式机制，而且每个扇区也可能需要一个互斥。看来，我对这个MappedByteBuffer的更改不会在操作系统范围内执行，除非我也调用MappedByteBuffer.force。

将非常感谢所有的答复和评论。

Answer 1

我认为您对一个现代文件系统是如何实现的感到困惑，而旧的系统通常不是多用户的；在这个序言中，让我们来看看一个叫做日志的东西。现在有一些选择

1. 软更新
2. 日志结构文件系统
3. 抄写

​

然而，最常见的可能是日志文件系统。它写入空块，只需在写入完成时移动指针(同时原子地写入“日志”)，这允许在发生电源故障(或其他写中断)时“快速”恢复。

至于在系统级别锁定您的“日志”，我可能会使用类似于-

FileLock lock = null;
FileChannel channel = null;
try {
  // Get a file channel for the file
  File file = new File("journal");
  channel = new RandomAccessFile(file,
      "rw").getChannel();

  // Try acquiring the lock without blocking.
  try {
    lock = channel.tryLock();
    if (lock != null) {
      // GOT THE LOCK.... DO WORK...
      return true; // write success.
    }
  } catch (OverlappingFileLockException e) {
    // File is already locked in this thread or virtual
    // machine
  } finally {
    if (lock != null) {
      lock.release(); // Release the lock
    }
    if (channel != null) {
      channel.close(); // Close the file.
    }
  }
  return false; // Write must be retried?