面试题：C语言中Linux多进程资源竞争之文件描述符问题

Question

在Linux环境下，使用C语言编写多进程程序，多个进程同时向同一个文件写入数据。请描述可能出现的资源竞争问题，并给出一种简单的解决方法（例如使用文件锁机制），同时写出关键代码片段。

Answer 1

可能出现的资源竞争问题

当多个进程同时向同一个文件写入数据时，可能会导致数据错乱。例如，进程A写入一部分数据，进程B在A还未完全写完时也开始写入，这样会使文件中的数据顺序混乱，无法保证完整性。

解决方法 - 使用文件锁机制

可以使用fcntl函数来实现文件锁。文件锁分为建议性锁和强制性锁，这里使用建议性锁（记录锁）。当一个进程对文件加锁后，其他进程尝试对同一区域加锁时会失败，从而避免资源竞争。

关键代码片段

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        close(fd);
        return 1;
    } else if (pid == 0) { // 子进程
        struct flock lock;
        lock.l_type = F_WRLCK; // 写锁
        lock.l_start = 0;
        lock.l_whence = SEEK_SET;
        lock.l_len = 0; // 锁定整个文件

        if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
            perror("fcntl lock");
            close(fd);
            return 1;
        }

        write(fd, "Child process writing\n", 20);

        lock.l_type = F_UNLCK; // 解锁
        if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
            perror("fcntl unlock");
        }
        close(fd);
        exit(0);
    } else { // 父进程
        struct flock lock;
        lock.l_type = F_WRLCK;
        lock.l_start = 0;
        lock.l_whence = SEEK_SET;
        lock.l_len = 0;

        if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
            perror("fcntl lock");
            close(fd);
            return 1;
        }

        write(fd, "Parent process writing\n", 21);

        lock.l_type = F_UNLCK;
        if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
            perror("fcntl unlock");
        }
        close(fd);
        wait(NULL);
    }
    return 0;
}