linux系统编程之文件与I/O(六):fcntl 函数与文件锁

一、fcntl函数

功能:操纵文件描述符,改变已打开的文件的属性

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

cmd的取值可以如下:

复制文件描述符 F_DUPFD (long)

设置/获取文件描述符标志 F_GETFD (void) F_SETFD (long)

设置/获取文件状态标志 F_GETFL (void) F_SETFL (long)

获取/设置文件锁 F_GETLK F_SETLK,F_SETLKW

其中复制文件描述符可参见《linux系统编程之文件与I/O(五):打开文件的内核结构file和重定向》,文件描述符的标志只有一个即FD_CLOEXEC,设置/获取文件描述符标志看这里。下面先来看设置/获取文件状态标志。

F_SETFL:

On Linux  this  command can change only the O_APPEND, O_ASYNC, O_DIRECT, O_NOATIME, and O_NONBLOCK flags.

示例程序如下:

/*************************************************************************
    > File Name: file_fcntl.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
 ************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

void set_flag(int, int);
void clr_flag(int, int);

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[1024] = {0};
    int ret;
    /*
        int flags;
        flags = fcntl(0, F_GETFL, 0);
        if (flags == -1)
            ERR_EXIT("fcntl get flag error");
        ret = fcntl(0, SETFL, flags | O_NONBLOCK); //设置为非阻塞,但不更改其他状态
        if (ret == -1)
            ERR_EXIT("fcntl set flag error");
    */
    set_flag(0, O_NONBLOCK);
    ret = read(0, buf, 1024);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("read error");

    printf("buf=%s\n", buf);
    return 0;
}

void set_flag(int fd, int flags)
{
    int val;
    val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    if (val == -1)
        ERR_EXIT("fcntl get flag error");
    val |= flags;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
        ERR_EXIT("fcntl set flag error");
}

void clr_flag(int fd, int flags)
{
    int val;
    val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    if (val == -1)
        ERR_EXIT("fcntl get flag error");
    val &= ~flags;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
        ERR_EXIT("fcntl set flag error");
}

测试输出:

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/File_IO$ ./file_fcntl  read error: Resource temporarily unavailable

因为将标准输入的状态更改为非阻塞,则read不会阻塞等待输入而立即返回错误,errno将被置为EAGAIN,即可以重新尝试。

二、文件锁结构体

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) */      ... };

文件锁的类型只有两种,一种是写锁也叫排他锁,一种是读锁也就共享锁,可以有多个进程各持有一个读锁,但只能有一个进程持有写锁,只有对文件有对应的读写权限才能施加对应的锁类型。中间三个参数 l_whence,  l_start, l_len 决定了被锁定的文件范围。当fcntl 函数的cmd为F_GETLK时,flock 结构体的 l_pid 参数会返回持有写锁的进程id。进程退出或者文件描述符被关闭时,会释放所有的锁。

示例程序如下:

/*************************************************************************
    > File Name: file_flock.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
 ************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)


int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    fd = open("test2.txt", O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC, 0664);
    if (fd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    /* 只有对文件有相应的读写权限才能施加对应的文件锁 */
    struct flock lock;
    memset(&lock, 0, sizeof(lock));
    lock.l_type = F_WRLCK; // 排他锁,即不允许其他进程再对其加任何类型的锁,但读锁(共享锁)允许
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0; //从文件开头开始锁定
    lock.l_len = 0; // 文件全部内容锁住

    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)
    {
        /* 若为F_SETLKW,这时如果锁已经被其他进程占用,则此进程会阻塞直到其他进程释放锁*/
        printf("lock success\n");
        printf("press any key to unlock\n");
        getchar();
        lock.l_type = F_UNLCK;
        if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)
            printf("unlock success\n");
        else
            ERR_EXIT("unlock fail");
    }
    else
        ERR_EXIT("lock fail");

    return 0; //进程退出会对所有文件解锁
}

测试如下:

我们先在一个 终端执行程序:

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/File_IO$ ./file_flock  lock success press any key to unlock

现在文件已经被锁住了,而且没有按下任何按键,所以卡在这里,也还没解锁,接着在另一个终端再次执行同个程序:

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/File_IO$ ./file_flock  lock fail: Resource temporarily unavailable

会立即返回错误,因为我们希望施加的是排他锁,而现在前面一个进程正在占用写锁还没释放,所以尝试施加锁失败,而如果fcntl 函数的cmd 设置为 F_SETLKW,即带w的版本,则此进程会一直阻塞直到前面一个进程释放了锁。

参考:《APUE》

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