Fcntl (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和强制性锁。建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁 存在,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和写入锁,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 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 cmd: 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 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 Lock: 结构为flock,设置记录锁的具体状态,后面会详细说明 函数返回值 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 l_type F_RDLCK:读取锁(共享锁) F_WRLCK:写入锁(排斥锁) F_UNLCK:解锁 l_stat 相对位移量(字节) l_whence:相对位移量的起点(同lseek的whence)。 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 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 |
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