6.3.3 fcntl函数说明

(1)fcntl函数说明
前面的这5个基本函数实现了文件的打开、读写等基本操作,这一节将讨论的是,在文 件已经共享的情况下如何操作,也就是当多个用户共同使用、操作一个文件的情况,这时,Linux 通常采用的方法是给文件上锁,来避免共享的资源产生竞争的状态。
文件锁包括建议性锁强制性锁
建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存,并且尊重已有的锁。在一般情况下,内核和系统都不使用建议性锁。强制性锁是由内 核执行的锁,当一个文件被上锁进行写入操作的时候,内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作。采用强制性锁对性能的影响很大,每次读写操作都必须检查是否有锁存在。
在 Linux 中,实现文件上锁的函数有lock和fcntl,其中flock用于对文件施加建议性锁,而fcntl不仅可以施加建议性锁,还可以施加强制锁。同时,fcntl还能对文件的某一记录进行上锁,也就是记录锁。
记录锁又可分为读取锁写入锁,其中读取锁又称为共享锁,它能够使多个进程都能在文件的同一部分建立读取锁。而写入锁又称为排斥锁,在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分上建立写入锁。当然,在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。
注意:
fcntl是一个非常通用的函数,它还可以改变文件进程各方面的属性,在本节中,主要介绍它建立记录锁的方法,关于它其他用户感兴趣的读者可以参看fcntl手册。
(2)fcntl函数格式
用于建立记录锁的fcntl函数格式如表6.6 所示。
表6.6 fcntl函数语法要点所需头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
函数原型int fcnt1(int fd, int cmd, struct flock *lock)
fd:文件描述符
F_DUPFD:复制文件描述符
F_GETFD:获得fd的close-on-exec标志,若标志未设置,则文件经过exec函数之后仍保持打开状态
F_SETFD:设置close-on-exec标志,该标志以参数arg的FD_CLOEXEC位决定
F_GETFL:得到open设置的标志
函数传入值
cmd
F_SETFL:改变open设置的标志
F_GETFK:根据lock描述,决定是否上文件锁
F_SETFK:设置lock描述的文件锁
F_SETLKW:这是F_SETLK的阻塞版本(命令名中的W表示等待(wait))。
如果存在其他锁,则调用进程睡眠;如果捕捉到信号则睡眠中断
F_GETOWN:检索将收到SIGIO和SIGURG信号的进程号或进程组号
F_SETOWN:设置进程号或进程组号
函数返回值
Lock:结构为flock,设置记录锁的具体状态,后面会详细说明
成功:0
-1:出错
这里,lock的结构如下所示:
Struct flock{
short l_type;
off_t l_start;
short l_whence;
off_t l_len;
pid_t l_pid;
}
lock结构中每个变量的取值含义如表6.7 所示。
表6.7 lock结构变量取值
F_RDLCK:读取锁(共享锁)
l_type F_WRLCK:写入锁(排斥锁)
F_UNLCK:解锁
l_stat 相对位移量(字节)
SEEK_SET:当前位置为文件的开头,新位置为偏移量的大小
SEEK_CUR:当前位置为文件指针的位置,新位置为当前位置加上偏移量
l_whence:相对位移量的起点(同lseek 的whence)。
SEEK_END:当前位置为文件的结尾,新位置为文件的大小加上偏移量的大小
l_len 加锁区域的长度
小技巧:
为加锁整个文件,通常的方法是将l_start 说明为0,l_whence 说明为SEEK_SET,l_len 说明为0。
(3)fcntl使用实例
下面首先给出了使用fcntl 函数的文件记录锁函数。在该函数中,首先给flock 结构体的对应位赋予相应的值。接着使用两次fcntl函数分别用于给相关文件上锁和判断文件是否可以上锁,这里用到的cmd值分别为F_SETLK 和F_GETLK。
这个函数的源代码如下所示:
/*lock_set函数*/
void lock_set(int fd, int type)
{
struct flock lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;//赋值lock结构体
lock.l_start = 0;
lock.l_len =0;
while(1){
lock.l_type = type;
/*根据不同的type值给文件上锁或解锁*/
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;
}
/*判断文件是否可以上锁*/
fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
/*判断文件不能上锁的原因*/
if(lock.l_type != F_UNLCK){
/*/该文件已有写入锁*/
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf(“read lock already set by %d\n”,lock.l_pid);
/*该文件已有读取锁*/
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf(“write lock already set by %d\n”,lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
下面的实例是测试文件的写入锁,这里首先创建了一个hello文件,之后对其上写入锁,最后释放写入锁。代码如下所示:
/*fcntl_write.c测试文件写入锁主函数部分*/
#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;
/*首先打开文件*/
fd=open(“hello”,O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror(“open”);
exit(1);
}
/*给文件上写入锁*/
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
/*给文件接锁*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
为了能够使用多个终端,更好地显示写入锁的作用,本实例主要在PC 机上测试,读者可将其交叉编译,下载到目标板上运行。下面是在PC 机上的运行结果。为了使程序有较大的灵活性,笔者采用文件上锁后由用户键入一任意键使程序继续运行。建议读者开启两个终端,并且在两个终端上同时运行该程序,以达到多个进程操作一个文件的效果。在这里,笔者首先运行终端一,请读者注意终端二中的第一句。
终端一:
[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock set by 4994
release lock by 4994
终端二:
[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock already set by 4994
write lock set by 4997
release lock by 4997
由此可见,写入锁为互斥锁,一个时刻只能有一个写入锁存在。
接下来的程序是测试文件的读取锁,原理同上面的程序一样。
/*fcntl_read.c测试文件读取锁主函数部分*/
#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);
}
/*给文件上读取锁*/
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
/*给文件接锁*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
同样开启两个终端,并首先启动终端一上的程序,其运行结果如下所示:
终端一:
[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5009
release lock by 5009
终端二:
[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5010
release lock by 5010
读者可以将此结果与写入锁的运行结果相比较,可以看出,读取锁为共享锁,当进程5009已设定读取锁后,进程5010 还可以设置读取锁。
思考:
如果在一个终端上运行设置读取锁,则在另一个终端上运行设置写入锁,会有什么结果呢?