fcntl函数的说明与实例 (文件加锁)

浅沫记忆

对文件加锁是原子性的，可以用于进程间文件操作的同步。在linux下，有三个函数可以对文件进程加锁，分别是fcntl、flock、lockf。这里只说fcntl，它的用法也是最复杂的
对文件加锁是原子性的，可以用于进程间文件操作的同步。在linux下，有三个函数可以对文件进程加锁，分别是fcntl、flock、lockf。这里只说fcntl，它的用法也是最复杂的。
fcntl是file control的缩写。在linux下大部分设备都是文件，所以fcntl的功能也比较多，包括：
·Duplicating a file descriptor(复制文件描述符)
·File descriptor flags(操作close－on－exec标志)
·File status flags(操作文件O_RDONLY , O_WRONLY , O_RDWR , O_APPEND , O_NONBLOCK , O_SYNC和O_ASYNC标识)
·Advisory locking(建议性锁)
·Mandatory locking(强制性锁)
·Managing signals(管理信号)
·Leases(租借锁)
·File and directory change notification (dnotify)(文件和目录更改消息)
·Changing the capacity of a pipe(改变管道大小)
这里只说一下Advisory locking和Mandatory locking。建议性锁是指给文件上锁后，只在文件上设置了一个锁的标识。其他进程在对这个文件进程操作时，可以检测到锁的存在，但这个锁并不能阻止它对这个文件进行操作。这就好比红绿灯，当亮红灯时，告诉你不要过马路，但如果你一定要过，也拦不住你。强制性锁则是当给文件上锁后，当其他进程要对这个文件进程不兼容的操作(如上了读锁，另一个进程要写)，则系统内核将阻塞后来的进程直到第一个进程将锁解开。在该功能下，fcntl的函数原型为：
代码如下:

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h></p> <p>int fcntl(int fd, int cmd,struct flock *plock );</p> <p>struct flock {
...
short l_type; /* Type of lock: F_RDLCK,
F_WRLCK, F_UNLCK */
short l_whence; /* How to interpret l_start:
SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
off_t l_start; /* Starting offset for lock */
off_t l_len; /* Number of bytes to lock */
pid_t l_pid; /* PID of process blocking our lock
(F_GETLK only) */
...
};

Advisory locking共有三个操作，分别是F_GETLK、F_SETLK、F_SETLKW。其中F_GETLK用来测试锁，注意是测试而不是获取锁；Ｆ_SETLK用来加锁、解锁；F_SETLKW功能同F_SETLK，只是操作变成阻塞式的。而fcntl可以用过l_whence、l_start、l_len来控制文件上锁的区间。下面分别是上锁、测试锁的代码。
代码如下:

/* slock.c */</p> <p>#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h></p> <p>int main()
{
struct flock _lock;</p> <p> _lock.l_type = F_WRLCK;
_lock.l_whence = SEEK_SET;
_lock.l_start = 0;
_lock.l_len = 0;</p> <p> int fd = open( "/dev/shm/test",O_CREAT|O_RDWR,S_IRWXU|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IRWXO );
if ( fd < 0 )
{
puts( "open error" );
return 0;
}</p> <p> int ret = fcntl( fd,F_SETLK,&_lock );
if ( ret < 0 )
{
puts( "fcntl error" );
close( fd );
return 0;
}</p> <p> puts( "sleep now ..." );
sleep( 100 );
puts( "exit..." );

_lock.l_type = F_UNLCK;
_lock.l_whence = SEEK_SET;
_lock.l_start = 0;
_lock.l_len = 0;</p> <p> ret = fcntl( fd,F_SETLK,&_lock );
if ( ret < 0 )
{
puts( "unlock error" );
}</p> <p> close( fd );
}

代码如下:

/* glock.c*/</p> <p>#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h></p> <p>int main()
{
struct flock _lock;</p> <p> _lock.l_type = F_RDLCK;
_lock.l_whence = SEEK_SET;
_lock.l_start = 0;
_lock.l_len = 0;</p> <p> int fd = open( "/dev/shm/test",O_RDWR );
if ( fd < 0 )
{
perror( "open error" );
return 0;
}</p> <p> int ret = fcntl( fd,F_GETLK,&_lock );
if ( ret < 0 )
{
perror( "fcntl error:" );
close( fd );
return 0;
}</p> <p> printf( "lock is %d\n",_lock.l_type );</p> <p> close( fd );
}

在上面的代码中，"_lock.l_type =  F_RDLCK;"表示给文件上读共享锁，"_lock.l_whence = SEEK_SET;"表示从文件开头开始加锁，"_lock.l_start = 0;"表示偏移l_whence多少字节开始加锁，"_lock.l_len = 0;"表示加锁的字节数，即长度(Specifying 0  for  l_len  has  the  specialmeaning:  lock all bytes starting at the location specified by l_whenceand l_start through to the end of file, no matter how  large  the  filegrows.)。
在上面的代码中，分别编译为slock、glock。先运行slock再运行glock：
代码如下:

./slock
sleep now ...
./glock
lock is 1
exit...

slock先给文件上写锁，然后glock测试读共享锁是否能加上，测试结果是已存在一个写锁(F_WRLCK，debian下定义为１)。这里需要注意的是F_GETLK是测试锁是否能加上，如果可以，则struct flock中的l_type为F_UNLCK；如果不行，则l_type为文件当前锁的类型，而l_pid为上锁的进程pid。故如果slock上的锁是F_RDLCK，glock测试的锁也是F_RDLCK，这两个锁是兼容的，返回的l_type类型为F_UNLCK。即你不能通过F_GETLK来判断文件是否上锁，只能测试某个锁是否能加上。
上面的是建议性锁，如果要实现强制性锁，则：
代码如下:

To make use of mandatory locks, mandatory locking must be enabled bothon the filesystem that contains the file to be locked, and on the fileitself. Mandatory locking is enabled on a filesystem using the "-o
mand" option to mount(8), or the MS_MANDLOCK flag for mount(2). Mandatory locking is enabled on a file by disabling group execute permission
on the file and enabling the set-group-ID permission bit (see chmod(1)and chmod(2)).

这是说，要实现强制性锁则须将文件所在的文件系统用"-omand"参数来挂载，并且使用chmod函数将文件用户组的x权限去掉。然后用上面同样的代码就可以了。我第一次见这么奇特的函数，实现一个功能并不是通过本身的参数控制，而是系统设置.....幸好我也不用强制性锁。
以上是fcntl加文件锁的简单例子。需要注意的是不同系统的实现并不一样，宏定义也不一样。如：
http://www.opensource.apple.com/source/xnu/xnu-1456.1.26/bsd/sys/fcntl.h
/* record locking flags (F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW) */
#define    F_RDLCK        1        /* shared or read lock */
#define    F_UNLCK        2        /* unlock */
#define    F_WRLCK        3        /* exclusive or write lock */
而在debian中，/usr/include/bits/fcntl.h
/* For posix fcntl() and `l_type' field of a `struct flock' for lockf().  */
#define F_RDLCK         0       /* Read lock.  */
#define F_WRLCK         1       /* Write lock.  */
#define F_UNLCK         2       /* Remove lock.  */