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fcntl函数加文件锁

[日期:2015-04-04] 来源:Linux社区  作者:Linux [字体: ]

  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:

 

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd,struct flock *plock );

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。

 

/* slock.c */

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main()
{
    struct flock _lock;

    _lock.l_type =  F_WRLCK;
    _lock.l_whence = SEEK_SET;
    _lock.l_start = 0;
    _lock.l_len = 0;

    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;
    }

    int ret = fcntl( fd,F_SETLK,&_lock );
    if ( ret < 0 )
    {
        puts( "fcntl error" );
        close( fd );
        return 0;
    }

    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;

    ret = fcntl( fd,F_SETLK,&_lock );
    if ( ret < 0 )
    {
        puts( "unlock error" );
    }

    close( fd );
}

 

 

/* glock.c */

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    struct flock _lock;

    _lock.l_type =  F_RDLCK;
    _lock.l_whence = SEEK_SET;
    _lock.l_start = 0;
    _lock.l_len = 0;

    int fd = open( "/dev/shm/test",O_RDWR );
    if ( fd < 0 )
    {
        perror( "open error" );
        return 0;
    }

    int ret = fcntl( fd,F_GETLK,&_lock );
    if ( ret < 0 )
    {
        perror( "fcntl error:" );
        close( fd );
        return 0;
    }

    printf( "lock is %d\n",_lock.l_type );

    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  special meaning:  lock all bytes starting at the location specified by l_whence and l_start through to the end of file, no matter how  large  the  file grows.)。

在上面的代码中,分别编译为slock、glock。先运行slock再运行glock:

./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:

To  make use of mandatory locks, mandatory locking must be enabled both on the filesystem that contains the file to be locked, and on the  file itself.  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"-o mand"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.  */

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