Fcntl【文件控制】函数

          作者：下家山

一：fcntl函数是用来做什么的？

二：fcntl返回值

fcntl()的返回值与命令有关。如果出错，所有命令都返回－1，如果成功则返回某个其他值。下列三个命令有特定返回值：F_DUPFD , F_GETFD , F_GETFL以及F_GETOWN。
    F_DUPFD   返回新的文件描述符
    F_GETFD   返回相应标志
    F_GETFL , F_GETOWN   返回一个正的进程ID或负的进程组ID

三：描述符复制功能F_DUPFD

3.1 为什么返回-1

原来是要这样！

第二个参数是F_DUPFD，则进行复制文件描述符的操作。它需要用到第三个参数arg，这时arg是一个文件描述符，fcntl(fd，F_DUPFD，arg)在files_struct结构中从指定的arg开始搜索空闲的文件描述符，找到第一个后，将fd的内容复制进来，然后将新找到的文件描述符返回。

 

如果传进去的arg是一个已经存在的文件描述符呢？

 

3.2 复制了什么？

    那么复制了什么东西？

    怎么得到文件描述符？

 

3.3 fcntl和dup

    

      

 

我们再做一个实验，屏蔽,dup函数，发现

如何还原？

 

四：得到文件描述符F_GETFD

   

0代表什么？Fd本身内容是多少，可否取出来看看？

五：F_SETFD设置文件描述符

   

我们把设置值，改为1试试！

六：fcntl和close-on-exec

每个文件描述符都有一个close-on-exec标志。默认情况下，这个标志最后一位被设置为 0。这个标志符的具体作用在于当开辟其他进程调用exec（） 
族函数时，在调用exec函数之前为exec族函数释放对应的文件描述符。

 

文件描述符1是stdout，是已经打开的！如果我们要通过execl_main可执行文件把字符串写入我们自己的文件怎么办呢？

 

怎么操作自己打开的文件呢？

 

七：fcntl与记录锁

 

文件锁

 

 

7.1 Fcntl作为记录锁使用的具体功能：

记录锁相当于线程同步中读写锁的一种扩展类型，可以用来对有亲缘或无亲缘关系的进程进行文件读与写的同步，通过fcntl函数来执行上锁操作。尽管读写锁也可以通过在共享内存区来进行进程的同步，但是fcntl记录上锁往往更容易使用，且效率更高。

记录锁的功能：当一个进程正在读或修改文件的某个部分是，它可以阻止其他进程修改同一文件区。对于这个功能阐述我认为有三点要解释的：

• 记录锁不仅仅可以用来同步不同进程对同一文件的操作，还可以通过对同一文件加记录锁，来同步不同进程对某一共享资源的访问，如共享内存，I/O设备。
• 对于劝告性上锁，当一个进程通过上锁对文件进行操作时，它不能阻止另一个非协作进程对该文件的修改。
• 即使是强制性上锁，也不能完全保证该文件不会被另一个进程修改。因为强制性锁对unlink函数没有影响，所以一个进程可以先删除该文件，然后再将修改后的内容保存为同一文件来实现修改。具体可参考《APUE》P367 

7.2 记录锁函数接口

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

7.3 flock结构

struct flock {

      short l_type;    /* 锁的类型: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */

      short l_whence;  /* 加锁的起始位置:SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */

      off_t l_start;   /* 加锁的起始偏移，相对于l_whence */

      off_t l_len;     /* 上锁的字节数*/

      pid_t l_pid;     /* 已经占用锁的PID(只对F_GETLK 命令有效) */

      /*...*/

};

F_SETLK：获取（l_type为F_RDLCK或F_WRLCK）或释放由lock指向flock结构所描述的锁，如果无法获取锁时，该函数会立即返回一个EACCESS或EAGAIN错误，而不会阻塞。

F_SETLKW：F_SETLKW和F_SETLK的区别是，无法设置锁的时候，调用线程会阻塞到该锁能够授权位置。

l F_GETLK：IF_GETLK主要用来检测是否有某个已存在锁会妨碍将新锁授予调用进程，如果没有这样的锁，lock所指向的flock结构的l_type成员就会被置成F_UNLCK，否则已存在的锁的信息将会写入lock所指向的flock结构中

这里需要注意的是，用F_GETLK测试能否建立一把锁，然后接着用F_SETLK或F_SETLKW企图建立一把锁，由于这两者不是一个原子操作，所以不能保证两次fcntl之间不会有另外一个进程插入并建立一把相关的锁，从而使一开始的测试情况无效。所以一般不希望上锁时阻塞，会直接通过调用F_SETLK，并对返回结果进行测试，以判断是否成功建立所要求的锁。

 

7.4 记录锁规则说明

前面我们说了记录锁相当于读写锁的一种扩展类型，记录锁和读写锁一样也有两种锁：共享读锁（F_RDLCK）和独占写锁（F_WRLCK）。在使用规则上和读写锁也基本一样：

• 文件给定字节区间，多个进程可以有一把共享读锁，即允许多个进程以读模式访问该字节区；
• 文件给定字节区间，只能有一个进程有一把独占写锁，即只允许有一个进程已写模式访问该字节区；
• 文件给定字节区间，如果有一把或多把读锁，不能在该字节区再加写锁，同样，如果有一把写锁，不能再该字节区再加任何读写锁。

 

 

需要说明的是：上面所阐述的规则只适用于不同进程提出的锁请求，并不适用于单个进程提出的多个锁请求。即如果一个进程对一个文件区间已经有了一把锁，后来该进程又试图在同一文件区间再加一把锁，那么新锁将会覆盖老锁。

下面进行测试；第一个程序是在同一进程中测试能否在加写锁后，继续加读写锁。第二个程序是在在父进程中加写锁后，然后再子进程中测试能否继续加读写锁。

 

7.5 同一个进程，可以反复加锁么

结论：

表明同一进程可以对已加锁的同一文件区间，仍然能获得加锁权限；