Блокировка файла linux fcntl с тайм-аутом

Лучшим решением может быть использование Выбрать():

https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Waiting-for-I_002fO.html

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>

int
input_timeout (int filedes, unsigned int seconds)
{
  fd_set set;
  struct timeval timeout;

  /* Initialize the file descriptor set. */
  FD_ZERO (&set);
  FD_SET (filedes, &set);

  /* Initialize the timeout data structure. */
  timeout.tv_sec = seconds;
  timeout.tv_usec = 0;

  /* select returns 0 if timeout, 1 if input available, -1 if error. */
  return TEMP_FAILURE_RETRY (select (FD_SETSIZE,
                                     &set, NULL, NULL,
                                     &timeout));
}

int
main (void)
{
  fprintf (stderr, "select returned %d.\n",
           input_timeout (STDIN_FILENO, 5));
  return 0;
}

So what kind of signal I need to use to indicate the lock to be interrupted?

Наиболее очевидным выбором сигнала будет SIGUSR1 или SIGUSR2. Они предоставляются для определенных пользователем целей.

Также есть SIGALRM, что было бы естественно, если вы используете таймер, выдающий такой сигнал, для ведения хронометража, и который имеет смысл даже генерировать программно, если вы не используете его для других целей.

And since there're multiple threads running in my process, I only want to interrupt this IO thread who is blokcing for the file lock, other threads should not be affected, but signal is process-level, I'm not sure how to handle this situation.

Вы можете доставить сигнал выбранному потоку в многопоточном процессе с помощью функции pthread_kill(). Это также хорошо подходит для случая, когда несколько потоков одновременно ожидают блокировки.

С обычным kill() у вас также есть альтернатива: заставить все потоки блокировать выбранный сигнал (sigprocmask()), а затем сделать так, чтобы поток пытался разблокировать его непосредственно перед этим. Когда выбранный сигнал доставляется процессу, поток, который в данный момент не блокирует его, получит его, если такой поток доступен.

Пример реализации

Это предполагает, что обработчик сигнала уже настроен для обработки выбранного сигнала (он не должен ничего делать), и что номер сигнала для использования доступен через символ LOCK_TIMER_SIGNAL. Он обеспечивает желаемое поведение тайм-аута в качестве функции-оболочки вокруг fcntl() с командой F_SETLKW, как описано в вопросе.

#define _POSIX_C_SOURCE 200809L
#define _GNU_SOURCE

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/syscall.h>

// glibc does not provide a wrapper function for this syscall:    
static pid_t gettid(void) {
    return syscall(SYS_gettid);
}

/**
 * Attempt to acquire an fcntl() lock, with timeout
 *
 * fd: an open file descriptor identifying the file to lock
 * lock_info: a pointer to a struct flock describing the wanted lock operation
 * to_secs: a time_t representing the amount of time to wait before timing out
 */    
int try_lock(int fd, struct flock *lock_info, time_t to_secs) {
    int result;
    timer_t timer;

    result = timer_create(CLOCK_MONOTONIC,
            & (struct sigevent) {
                .sigev_notify = SIGEV_THREAD_ID,
                ._sigev_un = { ._tid = gettid() },
                // note: gettid() conceivably can fail
                .sigev_signo = LOCK_TIMER_SIGNAL },
            &timer);
    // detect and handle errors ...

    result = timer_settime(timer, 0,
            & (struct itimerspec) { .it_value = { .tv_sec = to_secs } },
            NULL);

    result = fcntl(fd, F_SETLKW, lock_info);
    // detect and handle errors (other than EINTR) ...
    // on EINTR, may want to check that the timer in fact expired

    result = timer_delete(timer);
    // detect and handle errors ...

    return result;
}

Это работает, как и ожидалось для меня.

Примечания:

• диспозиции сигналов являются свойствами всего процесса, а не свойствами потока, поэтому вам необходимо координировать использование сигналов во всей программе. В таком случае бесполезно (и может быть опасно) для самой функции try_lock изменять расположение выбранного ею сигнала.
• Интерфейсы timer_* предоставляют интервальные таймеры POSIX, но возможность назначения определенного потока для получения сигналов от такого таймера специфична для Linux.
• В Linux вам нужно будет связать -lrt для функций timer_*.
• Вышеупомянутое работает вокруг того факта, что struct sigevent Glibc не соответствует его собственной документации (по крайней мере, в относительно старой версии 2.17). В документах утверждается, что у struct sigevent есть член sigev_notify_thread_id, но на самом деле его нет. Вместо этого у него есть недокументированное объединение, содержащее соответствующий член, и он предоставляет макрос для устранения разницы, но этот макрос не работает как указатель члена в назначенном инициализаторе.
• fcntl блокировки работают для каждого процесса. Таким образом, разные потоки одного и того же процесса не могут исключать друг друга с помощью такой блокировки. Более того, разные потоки одного и того же процесса могут изменять fcntl() блокировки, полученные через другие потоки, без каких-либо особых усилий или уведомления любого из потоков.
• Вы можете рассмотреть возможность создания и поддержки статического таймера для каждого потока для этой цели вместо создания и последующего уничтожения нового при каждом вызове.
• Имейте в виду, что fcntl() вернет EINTR, если будет прерван сигналом Любые, который не завершает поток. Поэтому вы можете захотеть использовать обработчик сигнала, который устанавливает утвердительный флаг для каждого потока, с помощью которого вы можете убедиться, что фактический сигнал таймера был получен, чтобы повторить попытку блокировки, если она была прервана другим сигналом.
• Вам решать, убедиться, что поток не получит выбранный сигнал по какой-либо другой причине, или подтвердить каким-либо другим способом, что время действительно истекло в случае, если блокировка не удалась с помощью EINTR.