如何确保该脚本只运行一个自身的实例？

Question

2013年8月19日，兰德尔·施瓦茨发布了这 shell脚本，目的是确保在Linux上“只运行一个脚本实例，而不存在竞争条件，也不需要清理锁文件”：

#!/bin/sh
# randal_l_schwartz_001.sh
(
    if ! flock -n -x 0
    then
        echo "$ cannot get flock"
        exit 0
    fi
    echo "$ start"
    sleep 10 # for testing.  put the real task here
    echo "$ end"
) < $0

它似乎如宣传的那样起作用：

$ ./randal_l_schwartz_001.sh & ./randal_l_schwartz_001.sh
[1] 11863
11863 start
11864 cannot get flock
$ 11863 end

[1]+  Done                    ./randal_l_schwartz_001.sh
$

以下是我所理解的：

• 脚本将自己内容的副本(即从<)重定向到子subshell的STDIN (即文件描述符0)。
• 在子subshell中，脚本试图获得文件描述符0上的非阻塞独占锁(D12)。
  • 如果该尝试失败，子there就会退出(主脚本也会退出，因为它没有其他事情可做)。
  • 如果尝试成功，子subshell将运行所需的任务。

以下是我的问题：

• 为什么脚本需要将它自己的内容的副本重定向到子subshell继承的文件描述符，而不是重定向其他文件的内容？(我尝试从另一个文件重定向并按上面的方式重新运行，执行顺序发生了变化:非后台任务在后台任务之前获得了锁。因此，也许使用文件本身的内容可以避免竞争条件，但如何避免？)
• 为什么脚本需要将文件内容的副本重定向到子subshell继承的文件描述符？
• 为什么在一个shell中保存文件描述符0的独占锁会阻止运行在不同shell中的同一个脚本的副本获得文件描述符0上的独占锁？shells是否有自己的标准文件描述符(0、1和2，即STDIN、STDOUT和STDERR)的独立副本？

Answer 1

通过文件描述将文件锁附加到文件。在较高级别上，脚本的一个实例中的操作顺序是：

1. 打开连接锁的文件(“锁定文件”)。
2. 把锁在锁文件上。
3. 做点什么。
4. 关闭锁文件。这将释放附加到通过打开文件创建的文件描述的锁。

保持锁可以防止同一脚本的另一个副本运行，因为锁就是这样做的。

打开一个文件会创建一个文件描述。这是一个内核对象，在编程接口中没有太多的可见性。锁是文件描述的属性之一，而不是文件或描述符的属性。

在打开文件时，文件描述只有一个文件描述符，但可以通过创建另一个描述符( dup系列系统调用)或分叉子进程(其父进程和子进程都可以访问相同的文件描述)来创建更多的描述符。文件描述符可以显式关闭，也可以在进程退出时关闭。当附加到文件的最后一个文件描述符关闭时，文件描述将关闭。

下面是上面操作的顺序对文件描述的影响。

1. 重定向<$0在子subshell中打开脚本文件，创建文件描述。此时，有一个文件描述符附加到描述:子subshell中的描述符号0。
2. 子subshell调用flock并等待它退出。当flock正在运行时，在描述中附加了两个描述符:子subshell中的数字0和flock进程中的数字0。当flock获得锁时，它将设置文件描述的属性。如果另一个文件描述已经在该文件上有一个锁，flock不能接受该锁，因为它是一个独占锁。
3. 潜水艇会起作用的。
4. 子外壳在结束括号处死亡。这将关闭具有锁的文件描述上的最后一个文件描述符，因此锁在此时消失。

脚本使用来自$0的重定向的原因是，重定向是在shell中打开文件的唯一方法，而保持重定向活动是保持文件描述符打开的唯一方法。子subshell从不从它的标准输入中读取，它只需要打开它。在允许直接访问打开和关闭调用的语言中，可以使用

fd = open($0)
flock(fd, LOCK_EX)
do stuff
close(fd)

如果使用exec内置的重定向，实际上可以在shell中获得相同的操作序列。

exec <$0
flock -n -x 0
# do stuff
exec <&-

如果脚本想继续访问原始的标准输入，它可以使用不同的文件描述符。

exec 3<$0
flock -n -x 0
# do stuff
exec 3<&-

或者有一个子壳：

(
  flock -n -x 3
  # do stuff
) 3<$0

锁不一定在脚本文件上。它可以在任何可以打开以读取的文件上(因此它必须存在，它必须是可以读取的文件类型，例如常规文件或命名管道，而不是目录，并且脚本进程必须具有读取它的权限)。脚本文件的优点是它保证了它的存在和可读性(除了在调用脚本和脚本到达<$0重定向之间外部被删除的边缘情况下)。

只要flock成功，并且脚本位于锁没有错误的文件系统上(一些网络文件系统，如NFS可能有buggy)，我就不知道如何使用不同的锁文件来允许争用条件。我怀疑你的操纵错误。

Answer 2

用于锁定的文件并不重要，脚本使用$0，因为这是一个已知存在的文件。

获得锁的顺序或多或少是随机的，这取决于机器启动这两个任务的速度。

您可以使用任何文件描述符，而不一定是0。锁被保存在打开给文件描述符的文件上，而不是描述符本身。

( flock -x 9 || exit 1
  echo 'Locking for 5 secs'; sleep 5; echo 'Done' ) 9>/tmp/lock &