fcntl()、lockf、flock的區別

——lvyilong316

????這三個函數的作用都是給文件加鎖，那它們有什么區別呢？首先flock和fcntl是系統調用，而lockf是庫函數。lockf實際上是fcntl的封裝，所以lockf和fcntl的底層實現是一樣的，對文件加鎖的效果也是一樣的。后面分析不同點時大多數情況是將fcntl和lockf放在一起的。下面首先看每個函數的使用，從使用的方式和效果來看各個函數的區別。

?1.?flock

l?函數原型

#include?

int?flock(int?fd,?int?operation);??//?Apply?or?remove?an?advisory?lock?on?the?open?file?specified?by?fd，只是建議性鎖

????其中fd是系統調用open返回的文件描述符，operation的選項有：

LOCK_SH?：共享鎖

LOCK_EX?：排他鎖或者獨占鎖

LOCK_UN?:?解鎖。

LOCK_NB：非阻塞（與以上三種操作一起使用）

????關于flock函數，首先要知道flock函數只能對整個文件上鎖，而不能對文件的某一部分上鎖，這是于fcntl/lockf的第一個重要區別，后者可以對文件的某個區域上鎖。其次，flock只能產生勸告性鎖。我們知道，linux存在強制鎖（mandatory?lock）和勸告鎖（advisory?lock）。所謂強制鎖，比較好理解，就是你家大門上的那把鎖，最要命的是只有一把鑰匙，只有一個進程可以操作。所謂勸告鎖，本質是一種協議，你訪問文件前，先檢查鎖，這時候鎖才其作用，如果你不那么kind，不管三七二十一，就要讀寫，那么勸告鎖沒有任何的作用。而遵守協議，讀寫前先檢查鎖的那些進程，叫做合作進程。再次，flock和fcntl/lockf的區別主要在fork和dup。

????(1)?flock創建的鎖是和文件打開表項（struct?file）相關聯的，而不是fd。這就意味著復制文件fd（通過fork或者dup）后，那么通過這兩個fd都可以操作這把鎖（例如通過一個fd加鎖，通過另一個fd可以釋放鎖），也就是說子進程繼承父進程的鎖。但是上鎖過程中關閉其中一個fd，鎖并不會釋放（因為file結構并沒有釋放），只有關閉所有復制出的fd，鎖才會釋放。測試程序入程序一。

l?程序一

點擊(此處)折疊或打開

#include stdio.h>

#include unistd.h>

#include stdlib.h>

#include sys/file.h>

int main (int argc, char ** argv)

{

????int ret;

????int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR);

????int fd2 = dup(fd1);

????printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2);

????ret = flock(fd1,LOCK_EX);

????printf("get lock1, ret: %d\n", ret);

????ret = flock(fd2,LOCK_EX);

????printf("get lock2, ret: %d\n", ret);

????return 0;

}

運行結果如圖，對fd1上鎖，并不影響程序通過fd2上鎖。對于父子進程，參考程序二。

l?程序二

點擊(此處)折疊或打開

#include stdio.h>

#include unistd.h>

#include stdlib.h>

#include sys/file.h>

int main (int argc, char ** argv)

{

????int ret;

????int pid;

????int fd = open("./tmp.txt",O_RDWR);

????if ((pid = fork()) == 0){

????????ret = flock(fd,LOCK_EX);

????????printf("chile get lock, fd: %d, ret: %d\n",fd, ret);

????????sleep(10);

????????printf("chile exit\n");

????????exit(0);

????}

????ret = flock(fd,LOCK_EX);

????printf("parent get lock, fd: %d, ret: %d\n", fd, ret);

????printf("parent exit\n");

????return 0;

}

????運行結果如圖，子進程持有鎖，并不影響父進程通過相同的fd獲取鎖，反之亦然。

(2)使用open兩次打開同一個文件，得到的兩個fd是獨立的（因為底層對應兩個file對象），通過其中一個加鎖，通過另一個無法解鎖，并且在前一個解鎖前也無法上鎖。測試程序如程序三：

l?程序三

點擊(此處)折疊或打開

#include stdio.h>

#include unistd.h>

#include stdlib.h>

#include sys/file.h>

int main (int argc, char ** argv)

{

????int ret;

????int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR);

????int fd2 = open("./tmp.txt",O_RDWR);

????printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2);

????ret = flock(fd1,LOCK_EX);

????printf("get lock1, ret: %d\n", ret);

????ret = flock(fd2,LOCK_EX);

????printf("get lock2, ret: %d\n", ret);

????return 0;

}

結果如圖，通過fd1獲取鎖后，無法再通過fd2獲取鎖。

(3)?使用exec后，文件鎖的狀態不變。

(4)?flock不能再NFS文件系統上使用，如果要在NFS使用文件鎖，請使用fcntl。

(5)?flock鎖可遞歸，即通過dup或者或者fork產生的兩個fd，都可以加鎖而不會產生死鎖。

2.?lockf與fcntl

l?函數原型

#include?

int?lockf(int?fd,?int?cmd,?off_t?len);

???fd為通過open返回的打開文件描述符。

???cmd的取值為：

???F_LOCK：給文件互斥加鎖，若文件以被加鎖，則會一直阻塞到鎖被釋放。

???F_TLOCK：同F_LOCK，但若文件已被加鎖，不會阻塞，而回返回錯誤。

???F_ULOCK：解鎖。

???F_TEST：測試文件是否被上鎖，若文件沒被上鎖則返回0，否則返回-1。

???len：為從文件當前位置的起始要鎖住的長度。

???通過函數參數的功能，可以看出lockf只支持排他鎖，不支持共享鎖。

#include?

#include?

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

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)?*/?

...????????

???};?

????文件記錄加鎖相關的cmd?分三種：

F_SETLK：申請鎖（讀鎖F_RDLCK，寫鎖F_WRLCK）或者釋放所（F_UNLCK），但是如果kernel無法將鎖授予本進程（被其他進程搶了先，占了鎖），不傻等，返回error。

F_SETLKW：和F_SETLK幾乎一樣，唯一的區別，這廝是個死心眼的主兒，申請不到，就傻等。

F_GETLK：這個接口是獲取鎖的相關信息：?這個接口會修改我們傳入的struct?flock。

???通過函數參數功能可以看出fcntl是功能最強大的，它既支持共享鎖又支持排他鎖，即可以鎖住整個文件，又能只鎖文件的某一部分。

???下面看fcntl/lockf的特性：

(1)?上鎖可遞歸，如果一個進程對一個文件區間已經有一把鎖，后來進程又企圖在同一區間再加一把鎖，則新鎖將替換老鎖。

(2)?加讀鎖（共享鎖）文件必須是讀打開的，加寫鎖（排他鎖）文件必須是寫打開。

(3)?進程不能使用F_GETLK命令來測試它自己是否再文件的某一部分持有一把鎖。F_GETLK命令定義說明，返回信息指示是否現存的鎖阻止調用進程設置它自己的鎖。因為，F_SETLK和F_SETLKW命令總是替換進程的現有鎖，所以調用進程絕不會阻塞再自己持有的鎖上，于是F_GETLK命令絕不會報告調用進程自己持有的鎖。

(4)?進程終止時，他所建立的所有文件鎖都會被釋放，隊醫flock也是一樣的。

(5)?任何時候關閉一個描述符時，則該進程通過這一描述符可以引用的文件上的任何一把鎖都被釋放（這些鎖都是該進程設置的），這一點與flock不同。如：

fd1?=?open(pathname,?…);

lockf(fd1,?F_LOCK,?0);

fd2?=?dup(fd1);

close(fd2);

則在close(fd2)后，再fd1上設置的鎖會被釋放，如果將dup換為open，以打開另一描述符上的同一文件，則效果也一樣。

fd1?=?open(pathname,?…);

lockf(fd1,?F_LOCK,?0);

fd2?=?open(pathname,?…);

close(fd2);

(6)?由fork產生的子進程不繼承父進程所設置的鎖，這點與flock也不同。

(7)?在執行exec后，新程序可以繼承原程序的鎖，這點和flock是相同的。（如果對fd設置了close-on-exec，則exec前會關閉fd，相應文件的鎖也會被釋放）。

(8)?支持強制性鎖：對一個特定文件打開其設置組ID位(S_ISGID)，并關閉其組執行位(S_IXGRP)，則對該文件開啟了強制性鎖機制。再Linux中如果要使用強制性鎖，則要在文件系統mount時，使用_omand打開該機制。

3.?兩種鎖的關系

那么flock和lockf/fcntl所上的鎖有什么關系呢？答案時互不影響。測試程序如下：

點擊(此處)折疊或打開

#include unistd.h>

#include stdio.h>

#include stdlib.h>

#include sys/file.h>

int main(int argc, char **argv)

{

????int fd, ret;

????int pid;

????fd = open("./tmp.txt", O_RDWR);

????ret = flock(fd, LOCK_EX);

????printf("flock return ret : %d\n", ret);

????ret = lockf(fd, F_LOCK, 0);

????printf("lockf return ret: %d\n", ret);

????sleep(100);

????return 0;

}

測試結果如下：

$./a.out

flock?return?ret?:?0

lockf?return?ret:?0

可見flock的加鎖，并不影響lockf的加鎖。兩外我們可以通過/proc/locks查看進程獲取鎖的狀態。

$ps?aux?|?grep?a.out?|?grep?-v?grep

123751???18849??0.0??0.0??11904???440?pts/5????S+???01:09???0:00?./a.out

$sudo?cat?/proc/locks?|?grep?18849

1:?POSIX??ADVISORY??WRITE?18849?08:02:852674?0?EOF

2:?FLOCK??ADVISORY??WRITE?18849?08:02:852674?0?EOF

我們可以看到/proc/locks下面有鎖的信息：我現在分別敘述下含義：

1)?POSIX?FLOCK?這個比較明確，就是哪個類型的鎖。flock系統調用產生的是FLOCK，fcntl調用F_SETLK，F_SETLKW或者lockf產生的是POSIX類型，有次可見兩種調用產生的鎖的類型是不同的；

2)?ADVISORY表明是勸告鎖；

3)?WRITE顧名思義，是寫鎖，還有讀鎖；

4)?18849是持有鎖的進程ID。當然對于flock這種類型的鎖，會出現進程已經退出的狀況。

5)?08:02:852674表示的對應磁盤文件的所在設備的主設備好，次設備號，還有文件對應的inode?number。

6)?0表示的是所的其實位置

7)?EOF表示的是結束位置。?這兩個字段對fcntl類型比較有用，對flock來是總是0?和EOF。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux中fcntl()、lockf、flock的区别的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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