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fcntl函數(shù)的使用詳解

更新時間：2013年05月31日 16:24:14 作者：

本篇文章是對fcntl函數(shù)的使用進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友參考下

（1）fcntl函數(shù)說明

前面的這5個基本函數(shù)實(shí)現(xiàn)了文件的打開、讀寫等基本操作，這一節(jié)將討論的是，在文件已經(jīng)共享的情況下如何操作，也就是當(dāng)多個用戶共同使用、操作一個文件的情況，這時，Linux 通常采用的方法是給文件上鎖，來避免共享的資源產(chǎn)生競爭的狀態(tài)。

文件鎖包括建議性鎖和強(qiáng)制性鎖。

建議性鎖要求每個上鎖文件的進(jìn)程都要檢查是否有鎖存，并且尊重已有的鎖。在一般情況下，內(nèi)核和系統(tǒng)都不使用建議性鎖。強(qiáng)制性鎖是由內(nèi) 核執(zhí)行的鎖，當(dāng)一個文件被上鎖進(jìn)行寫入操作的時候，內(nèi)核將阻止其他任何文件對其進(jìn)行讀寫操作。采用強(qiáng)制性鎖對性能的影響很大，每次讀寫操作都必須檢查是否有鎖存在。

在 Linux 中，實(shí)現(xiàn)文件上鎖的函數(shù)有l(wèi)ock和fcntl，其中flock用于對文件施加建議性鎖,而fcntl不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強(qiáng)制鎖。同時，fcntl還能對文件的某一記錄進(jìn)行上鎖，也就是記錄鎖。

記錄鎖又可分為讀取鎖和寫入鎖，其中讀取鎖又稱為共享鎖，它能夠使多個進(jìn)程都能在文件的同一部分建立讀取鎖。而寫入鎖又稱為排斥鎖，在任何時刻只能有一個進(jìn)程在文件的某個部分上建立寫入鎖。當(dāng)然，在文件的同一部分不能同時建立讀取鎖和寫入鎖。

注意:

fcntl是一個非常通用的函數(shù)，它還可以改變文件進(jìn)程各方面的屬性，在本節(jié)中，主要介紹它建立記錄鎖的方法，關(guān)于它其他用戶感興趣的讀者可以參看fcntl手冊。

（2）fcntl函數(shù)格式

用于建立記錄鎖的fcntl函數(shù)格式如表6.6 所示。

表6.6 fcntl函數(shù)語法要點(diǎn)所需頭文件

復(fù)制代碼代碼如下:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

函數(shù)原型int fcnt1(int fd, int cmd, struct flock *lock)

fd：文件描述符

F_DUPFD：復(fù)制文件描述符

F_GETFD：獲得fd的close-on-exec標(biāo)志，若標(biāo)志未設(shè)置，則文件經(jīng)過exec函數(shù)之后仍保持打開狀態(tài)

F_SETFD：設(shè)置close-on-exec標(biāo)志，該標(biāo)志以參數(shù)arg的FD_CLOEXEC位決定

F_GETFL：得到open設(shè)置的標(biāo)志

函數(shù)傳入值

cmd

F_SETFL：改變open設(shè)置的標(biāo)志

F_GETFK：根據(jù)lock描述，決定是否上文件鎖

F_SETFK：設(shè)置lock描述的文件鎖

F_SETLKW：這是F_SETLK的阻塞版本（命令名中的W表示等待（wait））。

如果存在其他鎖，則調(diào)用進(jìn)程睡眠；如果捕捉到信號則睡眠中斷

F_GETOWN：檢索將收到SIGIO和SIGURG信號的進(jìn)程號或進(jìn)程組號

F_SETOWN：設(shè)置進(jìn)程號或進(jìn)程組號

函數(shù)返回值

Lock：結(jié)構(gòu)為flock，設(shè)置記錄鎖的具體狀態(tài)，后面會詳細(xì)說明

成功：0

-1：出錯

這里，lock的結(jié)構(gòu)如下所示：

復(fù)制代碼代碼如下:

Struct flock{
short l_type;
off_t l_start;
short l_whence;
off_t l_len;
pid_t l_pid;
}

lock結(jié)構(gòu)中每個變量的取值含義如表6.7 所示。

表6.7 lock結(jié)構(gòu)變量取值

F_RDLCK：讀取鎖（共享鎖）

l_type F_WRLCK：寫入鎖（排斥鎖）

F_UNLCK：解鎖

l_stat 相對位移量（字節(jié)）

SEEK_SET：當(dāng)前位置為文件的開頭，新位置為偏移量的大小

SEEK_CUR：當(dāng)前位置為文件指針的位置，新位置為當(dāng)前位置加上偏移量

l_whence：相對位移量的起點(diǎn)（同lseek 的whence）。

SEEK_END：當(dāng)前位置為文件的結(jié)尾，新位置為文件的大小加上偏移量的大小

l_len 加鎖區(qū)域的長度

小技巧:

為加鎖整個文件，通常的方法是將l_start 說明為0，l_whence 說明為SEEK_SET，l_len 說明為0。

（3）fcntl使用實(shí)例

下面首先給出了使用fcntl 函數(shù)的文件記錄鎖函數(shù)。在該函數(shù)中，首先給flock 結(jié)構(gòu)體的對應(yīng)位賦予相應(yīng)的值。接著使用兩次fcntl函數(shù)分別用于給相關(guān)文件上鎖和判斷文件是否可以上鎖，這里用到的cmd值分別為F_SETLK 和F_GETLK。

這個函數(shù)的源代碼如下所示：

復(fù)制代碼代碼如下:

/*lock_set函數(shù)*/
void lock_set(int fd, int type)
{
struct flock lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;//賦值lock結(jié)構(gòu)體
lock.l_start = 0;
lock.l_len =0;
while(1){
lock.l_type = type;
/*根據(jù)不同的type值給文件上鎖或解鎖*/
if((fcntl(fd, F_SETLK, &lock)) == 0){
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock set by %d\n",getpid());
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock set by %d\n",getpid());
else if( lock.l_type == F_UNLCK )
printf("release lock by %d\n",getpid());
return;
}
/*判斷文件是否可以上鎖*/
fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
/*判斷文件不能上鎖的原因*/
if(lock.l_type != F_UNLCK){
/*/該文件已有寫入鎖*/
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
/*該文件已有讀取鎖*/
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
getchar();
}
}
}

下面的實(shí)例是測試文件的寫入鎖，這里首先創(chuàng)建了一個hello文件，之后對其上寫入鎖，最后釋放寫入鎖。代碼如下所示：

復(fù)制代碼代碼如下:

/*fcntl_write.c測試文件寫入鎖主函數(shù)部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd;
/*首先打開文件*/
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror("open");
exit(1);
}
/*給文件上寫入鎖*/
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
/*給文件接鎖*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}

為了能夠使用多個終端，更好地顯示寫入鎖的作用，本實(shí)例主要在PC 機(jī)上測試，讀者可將其交叉編譯，下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。下面是在PC 機(jī)上的運(yùn)行結(jié)果。為了使程序有較大的靈活性，筆者采用文件上鎖后由用戶鍵入一任意鍵使程序繼續(xù)運(yùn)行。建議讀者開啟兩個終端，并且在兩個終端上同時運(yùn)行該程序，以達(dá)到多個進(jìn)程操作一個文件的效果。在這里，筆者首先運(yùn)行終端一，請讀者注意終端二中的第一句。
終端一：

復(fù)制代碼代碼如下:

[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock set by 4994
release lock by 4994

終端二：

復(fù)制代碼代碼如下:

[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock already set by 4994
write lock set by 4997
release lock by 4997

由此可見，寫入鎖為互斥鎖，一個時刻只能有一個寫入鎖存在。
接下來的程序是測試文件的讀取鎖，原理同上面的程序一樣。

復(fù)制代碼代碼如下:

/*fcntl_read.c測試文件讀取鎖主函數(shù)部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd;
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror("open");
exit(1);
}
/*給文件上讀取鎖*/
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
/*給文件接鎖*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}

同樣開啟兩個終端，并首先啟動終端一上的程序，其運(yùn)行結(jié)果如下所示：
終端一:

復(fù)制代碼代碼如下:

[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5009
release lock by 5009

終端二：

復(fù)制代碼代碼如下:

[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5010
release lock by 5010

讀者可以將此結(jié)果與寫入鎖的運(yùn)行結(jié)果相比較，可以看出，讀取鎖為共享鎖，當(dāng)進(jìn)程5009已設(shè)定讀取鎖后，進(jìn)程5010 還可以設(shè)置讀取鎖。
思考:
如果在一個終端上運(yùn)行設(shè)置讀取鎖，則在另一個終端上運(yùn)行設(shè)置寫入鎖，會有什么結(jié)果呢？