转载:文件描述符filedescriptor与inode的相关知识
fcntl()、lockf、flock的区别
1.文件锁基本概念
Linux中软件、硬件资源都是文件(一切皆文件),文件在多用户环境中是可共享的。
文件锁是用于解决资源的共享使用的一种机制:当多个用户须要共享一个文件时,Linux一般采用的方式是给文件上锁,来防止共享的资源形成竞争的状态。
我们将採取下边的样例来解释为何需要使用文件锁。
1、进程“A”打开和读取一个文件,此文件包括帐户相关的一些信息。
2、进程“B”也打开了这个文件。并读取了文件里的信息。
3、如今,进程“A”更改了其副本中的一条剩余金额记录,并将其写入文件。
4、此时,进程“B”并不晓得先前读取的文件早已被修改。它还保存着原始的文件副本。
之后。进程“B”更改了“A”操作的那条同样的记录,并将记录写入文件。
5、此时。文件里将仅仅保存了进程“B”更改过的记录。
为了防止这样的事情发生,就要使用文件锁来确保操作的“序列化”。
2.文件锁类型
文件锁包括建议性锁和强制性锁:
建议性锁:要求每位使用文件的进程都要检测该文件是否上锁,假如该文件上锁了,该进程可以不读写,也可以读写,该进程非要读写是拦不住的。在通常情况下,内核和系统都不使用建议性锁,它们借助程序员遵循这个规定。
上锁的意思就是:当前有没有其他进程在读写
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侯,内核将制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测是否有锁存在。
3.文件锁函数
在Linux中,实现文件上锁的函数有lockf()和fcntl()
记录锁又可分为读取锁和写入锁
读取锁:又称为共享锁,它还能使多个进程都能在文件的同一部份构建读取锁。
写入锁:又称为敌视锁,在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部份构建写入锁,在文件的同一部份不能同时完善读取锁和写入。
fcntl()函数
fcntl是一个十分通用的函数,它可以对已打开的文件进行各类操作,包括管理文件锁、获得和设置文件描述符标志、获得和设置文件状态标志、文件描述符的复制等好多功能linux压缩命令,
所需头文件
#include
#include
#include
函数原型:intfcntl(intfd,intcmd,...);
intfcntl(intfd,intcmd,longarg);
intfcntl(intfd,intcmd,structflock*lock)
函数传入值fd:被参数cmd操作的文件描述符
函数原型
intfcntl(intfd,intcmd,longarg);
intfcnt1(intfd,intcmd,structflock*lock)
函数传入值cmd
F_DUPFD:复制一个现存的描述符,查找小于或等于arg的可用描述符,并将其作为fd的副本,返回新的描述符
F_GETFD:获得fd的close-on-exec(执行时关掉)文件描述符标志,若标志未设置linux解除文件占用,则文件经过exec()函数以后仍保持打开状态
F_SETFD:设置close-on-exec标志,该标志由参数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_GETLK:按照lock参数值,决定是否可以上文件锁
F_SETLK:设置lock参数值的文件锁
关于close_on_exec
close_on_exec是一个进程所有文件描述符(文件句柄)的位图标志,每位比特位代表一个打开的文件描述符,用于确定在调用系统调用execve()时须要关掉的文件句柄(参见include/fcntl.h)。当一个程序使用fork()函数创建了一个子进程时,一般会在该子进程中调用execve()函数加载执行另一个新程序。此时子进程将完全被新程序替换掉,并在子进程中开始执行新程序。若一个文件描述符在close_on_exec中的对应比特位被设置,这么在执行execve()时该描述符将被关掉,否则该描述符将一直处于打开状态。
函数传入值cmd
F_SETLKW:这是F_SETLK的阻塞版本(命令名中的W表示等待(wait))。在未能加锁时,会步入睡眠状态;假如可以加锁或则捕捉到讯号则会返回
lock:是一个指向flock结构的表针,设置记录锁的具体状态
函数返回值
成功时,返回值依赖于第二个参数cmd
-1:出错
cmd取值形式
F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW:获得/设置记录锁的功能,成功则返回0,若有错误则返回-1,错误缘由存于errno。
F_GETLK:测试由lock所描述的锁是否能使用。假如存在一把锁,它制止创建由lock所描述的锁,则将这把现存锁的信息讲到lock指向的结构中(l_type-已有锁的类型,l_pid-加锁的进程号)。倘若不存在这些情况,则不仅将l_type设置为F_UNLCK之外,lock所指向的结构中的其他信息保持不变。
F_SETLK:根据第三个参数lock指向的flock结构体所描述的锁的信息设置或则消除一个文件的锁。
F_SETLK:被拿来实现共享(或读)锁(F_RDLCK)或独占(写)锁(F_WRLCK),同样可以除去这两种锁(F_UNLCK)。假如共享锁或独占锁不能被设置,fcntl()将立刻返回EAGAIN
3.fcntl()使用实例
在该下边的实例中,首先给flock结构体的对应数组赋于相应的值。
接着使用两次fcntl()函数,分别用于判定文件是否可以上锁和给相关文件上锁,这儿用到的cmd值分别为F_GETLK和F_SETLK(或F_SETLKW)。
用F_GETLK命令判定是否可以进行flock结构所描述的锁操作:
若可以加锁,则flock结构的l_type会被设置为F_UNLCK,其他域不变;
否则,则l_pid被设置为拥有文件锁的进程号常用linux系统,l_type被设置为已有锁的类型,其他域不变。
/* 文件保存为 mylock.c */
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;
fcntl(fd,F_GETLK,&lock);
if(lock.l_type != F_UNLCK)
{
if (lock.l_type == F_RDLCK)
{
printf("Read lock already set by %dn",lock.l_pid);
}
else if (lock.l_type == F_WRLCK)
{
printf("Write lock already set by %dn",lock.l_pid);
}
}
lock.l_type = type;
if ((fcntl(fd,F_SETLKW,&lock)) < 0)
{
printf("Lock failed : type = %dn",lock.l_type);
return 1;
}
switch (lock.l_type)
{
case F_RDLCK:
{
printf("Read lock set by %dn",getpid());
}
break;
case F_WRLCK:
{
printf("write lock set by %dn",getpid());
}
break;
case F_UNLCK:
{
printf("Release lock by %dn",getpid());
return 1;
}
break;
default:
break;
}
return 0;
}
下边的实例是文件写入锁的测试用例,文件名为,wirte_lock.c。
这儿首先创建了一个hello文件,然后对其上写入锁,最后释放写入锁,代码如下所示:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "mylock.c"
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 errorn");
exit(1);
}
lock_set(fd, F_WRLCK); /* 给文件上写入锁*/
getchar(); /*程序暂停,按回车键继续*/
lock_set(fd, F_UNLCK); /* 给文件解锁*/
getchar();
close(fd);
exit(0);
return 0;
}
运行截图如下:
在PC机上测试:
开启两个终端,但是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疗效。
首先在终端1运行,之后在终端2上运行,注意终端中学的第一行输出。
由此可见,写入锁为互斥锁linux解除文件占用,同一时刻只能有一个写入锁存在。
接出来的程序是文件读取锁的测试用例,原理和里面的程序一样。文件名为read_lock.c。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "mylock.c"
int main(void)
{
int fd;fd = open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0644);if(fd < 0)
{
printf("Open file errorn");
exit(1);
}
lock_set(fd, F_RDLCK); /* 给文件上读取锁*/
getchar();
lock_set(fd, F_UNLCK); /* 给文件解锁*/
getchar();
close(fd);
exit(0);
return 0;
}
运行结果如下:
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:
观察可知,读锁是共享锁。