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io程式設計
fcntl
2013-05-30 13:52
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linux應用程式設計（52）
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檔案鎖
上一節：講述的5個基本函式函式open()、read()、write()、lseek()和close()實現的檔案的開啟、讀/寫等操作，本節將討論在檔案已經共享的情況下如何操作，也就是當多個使用者共同使用、操作乙個檔案的情況。這時，linux通常採用的方法是給檔案上鎖，來避免共享的資源產生競爭的狀態。
檔案鎖包括建議性鎖和強制性鎖。建議性鎖要求每個上鎖檔案的程序檢查是否有鎖存在，並且尊重已有的鎖。在一般情況下，核心和系統都不使用建議性鎖。強制性鎖是由核心執行的鎖，當乙個檔案被上鎖執行寫入操作時，核心將阻止其他任何檔案對其進行讀寫操作。採用強制性鎖對效能影響很大，每次讀寫都必須檢查是否有鎖存在。
在linux中，實行檔案上鎖的函式有lockf()和fcntl()，其中lockf()用於對檔案施加建議性鎖，而fcntl()不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強制性鎖。同時，fcntl()還能對檔案的某一記錄上鎖，也就是記錄鎖。
記錄鎖又可分為讀取鎖和寫入鎖，其中讀取鎖又稱為共享鎖，它能夠使多個程序都能在檔案的同一部分建立讀取鎖。而寫入鎖又稱為排斥鎖，在任何時刻只能有乙個程序在某個部分建立寫入鎖。當然，在檔案的同一部分不能同時建立讀取鎖和寫入鎖。
fcntl()函式具有很豐富的功能，它可以對已開啟的檔案描述符進行各種操作，不僅包括管理檔案鎖，還包括獲得設定檔案描述符和檔案描述符標誌、檔案描述符的複製等很多功能！這一次我先學習一下fcntl()函式建立檔案鎖的方法，關於它的另外的用法...先學會了這個再說吧！
fcntl()函式格式
表1中的lock是乙個flock結構體，結構如下：
上圖中的 off_t 就是資料型別 long int ；pid_t 就是資料型別 int,不懂這裡有解釋：點此解釋
那麼這個結構體lock中每個變數的取值含義如下表2
基礎實驗
本實驗主要是為了練習一下fcntl()函式的檔案記錄鎖的功能。下面首先給出了使用fcntl(0函式的檔案記錄鎖功能的**實現。
在該**中，首先給flock結構體的對應位賦予相應的值。接著呼叫兩次fcntl()函式，使用f_getlk命令判斷是否可以進行flock結構體所描述的鎖操作：若可以進行，則flock結構的l_type會被設定為f_unlck，其他域不變；若不可進行，則l_pid被設定為擁有檔案鎖的程序號，其他域不變。
用f_setlk和f_setlkw命令設定flock結構所描述的鎖操作，後者是前者的阻塞版。
當第一次呼叫fcntl()時，使用f_fetlk命令獲得當前檔案被上鎖的情況，由此可以判斷能不能進行上鎖操作；當第二次呼叫fcntl()時，使用f_setlkw命令對指定檔案進行上鎖/解鎖操作。因為f_setlkw命令是阻塞式操作，所以，當不能把上鎖/解鎖操作進行下去時，執行會被阻塞，直到能夠進行操作為止。
檔案記錄鎖的功能**具體如下：
/*lock_set.c*/下面的**是檔案寫入鎖的測試用例，這裡首先建立乙個hello.c檔案，然後對其上鎖，最後釋放寫入鎖。**如下所示：int lock_set(int fd,int type)
else if(lock.l_type==f_wrlck) /*該檔案已經有寫入鎖 */
}/*l_type 可能在執行完上述判斷後被修改了*/
lock.l_type=type;
/*根據不同的type值進行阻塞式上鎖或解鎖*/
if((fcntl(fd,f_setlkw,&lock))<0)
switch(lock.l_type)
break;
case f_wrlck:
break;
case f_unlck:
break;
default:break;
} /*end of switch*/
return 0;
}
/*write_lock.c*/檔案結構如下圖：#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"lock_set.c"
int main(void)
/*給檔案上寫入鎖*/
lock_set(fd,f_wrlck);
getchar(); /*當使用者輸入任意鍵後，程式繼續執行，否則等待*/
/*給檔案解鎖*/
lock_set(fd,f_unlck);
getchar();
close(fd); /*關閉該檔案*/
exit(0);
}
使用命令：gcc write_lock.c -o write_lock編譯
為了使程式有較大的靈活性，我們的程式中採用檔案上鎖後由使用者輸入任意鍵使程式繼續執行。為了更好地顯示寫入鎖的作用，在這裡我們開兩個終端，並且在終端上同時執行該程式，以達到多個程序操作乙個檔案的效果。首先執行終端1，請注意終端2中的第一句話
由上圖可見，寫入鎖為互斥鎖，同一時刻只能有乙個寫入鎖存在。
接下來測試檔案讀取鎖，原理和上邊一樣，**如下
/*read_lock.c*/在兩個終端下執行的結果如下圖：#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"lock_set.c"
int main(void)
/*給檔案上讀取鎖*/
lock_set(fd,f_rdlck);
getchar(); /*當使用者輸入任意鍵後，程式繼續執行，否則等待*/
/*給檔案解鎖*/
lock_set(fd,f_unlck);
getchar(); /*當使用者輸入任意鍵後，程式繼續執行，否則等待*/
close(fd); /*關閉該檔案，釋放鎖*/
exit(0);
與寫入鎖的執行結果比較，可有看出，讀取鎖為共享鎖，當程序7170已設定讀取鎖後，程序7294仍然可以設定讀取鎖。
總結：這一節講了檔案鎖的問題，那麼咱們再來想一下：為什麼要有檔案鎖？原因就是當檔案共享，也就是多個使用者共同使用、操作乙個檔案的情況，為了避免共享的資源產生競爭的狀態，linux就採用了給檔案上鎖的方法。
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