C语言fork()与lockf()函数详解：多进程编程中的同步与互斥

在多进程编程中，多个进程共享系统资源，如果不对资源访问进行控制，就可能导致数据混乱。本篇博客将通过一个示例代码，详细讲解如何使用C语言的fork()函数创建子进程，并使用lockf()函数进行文件锁操作，实现进程同步，避免资源竞争。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int p1, p2, i;
    while ((p1 = fork()) == -1); /* 创建子进程p1 */
    if (p1 == 0)
    {
        lockf(1, 1, 0); /* 加锁，这里第一个参数为stdout（标准输出设备的描述符） */
        for (i = 0; i < 10; i++)
            printf('daughter %d\n', i);
        lockf(1, 0, 0); /* 解锁 */
    }
    else
    {
        while ((p2 = fork()) == -1); /* 创建子进程p2 */
        if (p2 == 0)
        {
            lockf(1, 1, 0); /* 加锁 */
            for (i = 0; i < 10; i++)
                printf('son %d\n', i);
            lockf(1, 0, 0); /* 解锁 */
        }
        else
        {
            lockf(1, 1, 0); /* 加锁 */
            for (i = 0; i < 10; i++)
                printf('parent %d\n', i);
            lockf(1, 0, 0); /* 解锁 */
        }
    }
    return 0;
}

代码解析

fork()函数: 用于创建子进程，成功调用fork()会创建子进程，并返回两次。返回值分别为：
- 父进程：子进程的进程ID
- 子进程：0
lockf()函数: 用于对文件进行加锁和解锁操作，其参数含义如下：
- 第一个参数：文件描述符，这里使用1，表示标准输出设备stdout。
- 第二个参数：操作类型：
  - 1：F_LOCK，对文件加锁。
  - 0：F_ULOCK，对文件解锁。
- 第三个参数：锁定的字节数，0表示锁定整个文件。

代码执行流程

父进程创建两个子进程p1和p2，分别代表'女儿'和'儿子'。
每个进程在循环输出信息前，都先使用lockf(1, 1, 0)对标准输出设备stdout加锁。
加锁成功后，该进程独占stdout资源，输出信息，保证输出内容的完整性。
信息输出完毕后，使用lockf(1, 0, 0)解锁，其他进程才能获得stdout资源，继续输出信息。

总结

本示例代码展示了如何使用fork()函数创建子进程，并使用lockf()函数对共享资源进行加锁和解锁操作，实现进程同步，避免输出内容混乱。在多进程编程中，合理使用同步机制至关重要，可以有效避免数据竞争，保证程序的正确性。