fcntl函數的使用詳解

（1）fcntl函數說明前面的這5個基本函數實現了檔案的開啟、讀寫等基本操作，這一節將討論的是，在文 件已經共用的情況下如何操作，也就是當多個使用者共同使用、操作一個檔案的情況，這時，Linux 通常採用的方法是給檔案上鎖，來避免共用的資源產生競爭的狀態。檔案鎖包括建議性鎖和強制性鎖。建議性鎖要求每個上鎖檔案的進程都要檢查是否有鎖存，並且尊重已有的鎖。在一般情況下，核心和系統都不使用建議性鎖。強制性鎖是由內 核執行的鎖，當一個檔案被上鎖進行寫入操作的時候，核心將阻止其他任何檔案對其進行讀寫操作。採用強制性鎖對效能的影響很大，每次讀寫操作都必須檢查是否有鎖存在。在 Linux 中，實現檔案上鎖的函數有lock和fcntl，其中flock用於對檔案施加建議性鎖,而fcntl不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強制鎖。同時，fcntl還能對檔案的某一記錄進行上鎖，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用鎖定，它能夠使多個進程都能在檔案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程在檔案的某個部分上建立寫入鎖。當然，在檔案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，它還可以改變檔案進程各方面的屬性，在本節中，主要介紹它建立記錄鎖的方法，關於它其他使用者感興趣的讀者可以參看fcntl手冊。 （2）fcntl函數格式用於建立記錄鎖的fcntl函數格式如表6.6 所示。表6.6 fcntl函數文法要點所需標頭檔 複製代碼 代碼如下:#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

函數原型int fcnt1(int fd, int cmd, struct flock *lock)fd：檔案描述符F_DUPFD：複製檔案描述符F_GETFD：獲得fd的close-on-exec標誌，若標誌未設定，則檔案經過exec函數之後仍保持開啟狀態F_SETFD：設定close-on-exec標誌，該標誌以參數arg的FD_CLOEXEC位決定F_GETFL：得到open設定的標誌函數傳入值cmdF_SETFL：改變open設定的標誌F_GETFK：根據lock描述，決定是否上檔案鎖F_SETFK：設定lock描述的檔案鎖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，則調用進程睡眠；如果捕捉到訊號則睡眠中斷F_GETOWN：檢索將收到SIGIO和SIGURG訊號的進程號或進程組號F_SETOWN：設定進程號或進程組號函數傳回值Lock：結構為flock，設定記錄鎖的具體狀態，後面會詳細說明成功：0-1：出錯這裡，lock的結構如下所示：複製代碼 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結構中每個變數的取值含義如表6.7 所示。表6.7 lock結構變數取值

F_RDLCK：讀取鎖（共用鎖定）l_type F_WRLCK：寫入鎖（排斥鎖）F_UNLCK：解鎖l_stat 相對位移量（位元組）SEEK_SET：當前位置為檔案的開頭，新位置為位移量的大小SEEK_CUR：當前位置為檔案指標的位置，新位置為當前位置加上位移量l_whence：相對位移量的起點（同lseek 的whence）。SEEK_END：當前位置為檔案的結尾，新位置為檔案的大小加上位移量的大小l_len 加鎖地區的長度

小技巧:為加鎖整個檔案，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使用執行個體下面首先給出了使用fcntl 函數的檔案記錄鎖函數。在該函數中，首先給flock 結構體的對應位賦予相應的值。接著使用兩次fcntl函數分別用於給相關檔案上鎖和判斷檔案是否可以上鎖，這裡用到的cmd值分別為F_SETLK 和F_GETLK。這個函數的原始碼如下所示： 複製代碼 代碼如下:/*lock_set函數*/
void lock_set(int fd, int type)
{
struct flock lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;//賦值lock結構體
lock.l_start = 0;
lock.l_len =0;
while(1){
lock.l_type = type;
/*根據不同的type值給檔案上鎖或解鎖*/
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;
}
/*判斷檔案是否可以上鎖*/
fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
/*判斷檔案不能上鎖的原因*/
if(lock.l_type != F_UNLCK){
/*/該檔案已有寫入鎖*/
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
/*該檔案已有讀取鎖*/
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
getchar();
}
}
}

下面的執行個體是測試檔案的寫入鎖，這裡首先建立了一個hello檔案，之後對其上寫入鎖，最後釋放寫入鎖。代碼如下所示：複製代碼 代碼如下:/*fcntl_write.c測試檔案寫入鎖主函數部分*/
#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;
/*首先開啟檔案*/
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror("open");
exit(1);
}
/*給檔案上寫入鎖*/
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
/*給檔案接鎖*/
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，本執行個體主要在PC 機上測試，讀者可將其交叉編譯，下載到目標板上運行。下面是在PC 機上的運行結果。為了使程式有較大的靈活性，筆者採用檔案上鎖後由使用者鍵入一任意鍵使程式繼續運行。建議讀者開啟兩個終端，並且在兩個終端上同時運行該程式，以達到多個進程操作一個檔案的效果。在這裡，筆者首先運行終端一，請讀者注意終端二中的第一句。
終端一：
複製代碼 代碼如下:[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock set by 4994
release lock by 4994

終端二：
複製代碼 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。
接下來的程式是測試檔案的讀取鎖，原理同上面的程式一樣。複製代碼 代碼如下:/*fcntl_read.c測試檔案讀取鎖主函數部分*/
#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);
}
/*給檔案上讀取鎖*/
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
/*給檔案接鎖*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}

同樣開啟兩個終端，並首先啟動終端一上的程式，其運行結果如下所示：
終端一:
複製代碼 代碼如下:[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5009
release lock by 5009

終端二：
複製代碼 代碼如下:[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5010
release lock by 5010

讀者可以將此結果與寫入鎖的運行結果相比較，可以看出，讀取鎖為共用鎖定，當進程5009已設定讀取鎖後，進程5010 還可以設定讀取鎖。
思考:
如果在一個終端上回合設定讀取鎖，則在另一個終端上回合設定寫入鎖，會有什麼結果呢？