fcntl 文件锁 详解

fcntl函数说明

当多个用户共同使用、操作一个文件的情况下，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，内核将阻止其它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，还可以施加强制性锁，还能对文件的某一记录进行上锁，也就是记录锁。

记录锁又分为读取锁和写入锁。

读取锁又称共享锁，能使多个进程都在文件的同一部分建立读取锁。

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建立写入锁。

在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。

（2）fcntl函数格式  具体的知识可以参看unix环境高级编程

Fcntl函数语法要点：

所需头文件：#include

                     #include

                     #include

函数原型：int fcntl(int fd,cmd,struct flock *lock)

函数传入值：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

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））。如果存在其它锁，则调用进程睡眠；如果捕捉到信号则睡眠中断

     这三种是在文件锁时cmd 使用的三种命令

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

函数返回值：成功：0

                     -1：出错

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结构变量取值：

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：当前位置为文件开头，新位置为偏移量的大小

                                    SEEK_CUR：当前位置为文件指针位置，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大小

L_len：加锁区域长度

l_pid:具有阻塞当前进程的锁，其持有进程的进程号存放在l_pid中，仅由F_GETLK  返回

3.fcntl 使用实例

  下面首先给出了使用fcnt函数的文件记录锁功能的代码实现。在该代码中，首先给flock结构体的对应

赋予相应的值。

  接着调用两次fcntl函数。用F_GETLK命令判断是否可以进行flock所描述的锁操作:若可以进行，则flock

结构体的l_type会被设置为F_UNLCK，其他域不变；若不行，则l_pid被设置为拥有文件锁的进程号，其他域不变。

   用F_SETLK和F_SETLKW命令设置flock结构所描述的锁操作，后者是前者的阻塞版。

   当第一次调用fcntl时，使用F_GETLK命令获得当前文件被上锁的情况，由此可以判断能不能上锁操作；当第二次调用fcntl时，使用F_SETLKW命令对指定文件进行上锁/解锁操作。因为F_SETLKW命令是阻塞式操作，因此当不能把上锁/解锁操作进行下去时，运行被阻塞，直到能够进行操作为止。

实例说明

  开启两个终端，在两个终端上同时运行./write_lock 程序，

  当为写入锁，同一时刻只能有一个写入锁存在,

  同一时刻只能一个进程对同一个文件写

  注意运行的结果

  

  1.首先运行右边终端中的程序，提示 write lock set by 3638  进程号

  2.容纳后运行左边终端中的程序，提示 write lock already set by 3683

  3.右边终端敲  回车  ，释放读锁

  4.左边终端敲  回车  ， 提示 write lock set by 3639

 

代码分析：源代码是 《嵌入式应用程序设计》 这本书中，但是源代码不能在自己的机子上编译，

于是修改了下,共有三个文件 set_lock.c set_lock.h write_lock.c

还有一个程序是 读锁，原理一样。

set_lock.h

#ifndef _LOCK_SET_H
#define _ LOCK_SET_H
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>


int lock_set(int fd,int type);

#endif

set_lock.c

/* lock_set.c */
#include"lock_set.h"
int lock_set(int fd, int type)
{
    struct flock old_lock, lock;
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0;
    lock.l_type = type;
    lock.l_pid = -1;

    /* 判断文件是否可以上锁 */
    fcntl(fd, F_GETLK, &lock);
    if (lock.l_type != F_UNLCK)
    {
        /* 判断文件不能上锁的原因 */
        if (lock.l_type == F_RDLCK) /* 该文件已有读取锁 */
        {
            printf("Read lock already set by %d\n", lock.l_pid);
        }
        else if (lock.l_type == F_WRLCK) /* 该文件已有写入锁 */
        {
            printf("Write lock already set by %d\n", lock.l_pid);
        }
    }

    /* l_type 可能已被F_GETLK修改过 */
    lock.l_type = type;
    /* 根据不同的type值进行阻塞式上锁或解锁 */
    if ((fcntl(fd, F_SETLKW, &lock)) < 0)
    {
        printf("Lock failed:type = %d\n", lock.l_type);
        return 1;
    }

    switch(lock.l_type)
    {
        case F_RDLCK:
        {
            printf("Read lock set by %d\n", getpid());
        }
        break;
        case F_WRLCK:
        {
            printf("Write lock set by %d\n", getpid());
        }
        break;
        case F_UNLCK:
        {
            printf("Release lock by %d\n", getpid());
            return 1;
        }
        break;
        default:
        break;
    }/* end of switch  */
    return 0;
}

write_lock.c

/* write_lock.c */
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "lock_set.h"

int main(void)
{
    int fd;

    /* 首先打开文件 */
    fd = open("hello", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if(fd < 0)
    {
        printf("Open file error\n");
        exit(1);
    }

    /* 给文件上写入锁 */
    lock_set(fd, F_WRLCK);
    getchar();
    /* 给文件解锁 */
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    getchar();
    close(fd);
    return 0;
}

 fcntl 详解 代码.rar