你知道在Linux中fcntl()、lockf、flock的區(qū)別？

這三個函數(shù)的作用都是給文件加鎖，那它們有什么區(qū)別呢？首先flock和fcntl是系統(tǒng)調(diào)用，而lockf是庫函數(shù)。lockf實際上是fcntl的封裝，所以lockf和fcntl的底層實現(xiàn)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(shù)情況是將fcntl和lockf放在一起的。下面首先看每個函數(shù)的使用，從使用的方式和效果來看各個函數(shù)的區(qū)別

1.flock

函數(shù)原型

intflock(intfd,intoperation);//Applyorremoveanadvisorylockontheopenfilespecifiedbyfd，只是建議性鎖

其中fd是系統(tǒng)調(diào)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(guān)于flock函數(shù)，首先要知道flock函數(shù)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(qū)別，后者可以對文件的某個區(qū)域上鎖。其次，flock只能產(chǎn)生勸告性鎖。我們知道，linux存在強制鎖（mandatorylock）和勸告鎖（advisorylock）。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(zhì)是一種協(xié)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(xié)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(qū)別主要在fork和dup。

(1)flock創(chuàng)建的鎖是和文件打開表項（structfile）相關(guān)聯(lián)的，而不是fd。這就意味著復(fù)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(guān)閉其中一個fd，鎖并不會釋放（因為file結(jié)構(gòu)并沒有釋放），只有關(guān)閉所有復(fù)制出的fd，鎖才會釋放。測試程序入程序一。

程序一

#include

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(jié)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。

程序二

#include

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(jié)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(yīng)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：

程序三

#include

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(jié)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(tài)不變。

(4)flock不能再NFS文件系統(tǒng)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(chǎn)生的兩個fd，都可以加鎖而不會產(chǎn)生死鎖。

2.lockf與fcntl

函數(shù)原型

#include

intlockf(intfd,intcmd,off_tlen);

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(xiàn)_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(dāng)前位置的起始要鎖住的長度。

通過函數(shù)參數(shù)的功能，可以看出lockf只支持排他鎖，不支持共享鎖。

#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(guān)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(qū)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(guān)信息：這個接口會修改我們傳入的structflock。

通過函數(shù)參數(shù)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(qū)間已經(jīng)有一把鎖，后來進程又企圖在同一區(qū)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(xiàn)存的鎖阻止調(diào)用進程設(shè)置它自己的鎖。因為，F(xiàn)_SETLK和F_SETLKW命令總是替換進程的現(xiàn)有鎖，所以調(diào)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(diào)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(yī)flock也是一樣的。

(5)任何時候關(guān)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(shè)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(shè)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(chǎn)生的子進程不繼承父進程所設(shè)置的鎖，這點與flock也不同。

(7)在執(zhí)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(shè)置了close-on-exec，則exec前會關(guān)閉fd，相應(yīng)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(shè)置組ID位(S_ISGID)，并關(guān)閉其組執(zhí)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(tǒng)mount時，使用_omand打開該機制。

3.兩種鎖的關(guān)系

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

#include

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(jié)果如下：

$./a.out

flockreturnret:0

lockfreturnret: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(tài)。

$psaux|grepa.out|grep-vgrep

123751188490.00.011904440pts/5S+01:090:00./a.out

$sudocat/proc/locks|grep18849

1:POSIXADVISORYWRITE1884908:02:8526740EOF

2:FLOCKADVISORYWRITE1884908:02:8526740EOF

我們可以看到/proc/locks下面有鎖的信息：我現(xiàn)在分別敘述下含義：

1)POSIXFLOCK這個比較明確，就是哪個類型的鎖。flock系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生的是FLOCK，fcntl調(diào)用F_SETLK，F(xiàn)_SETLKW或者lockf產(chǎn)生的是POSIX類型，有次可見兩種調(diào)用產(chǎn)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(dāng)然對于flock這種類型的鎖，會出現(xiàn)進程已經(jīng)退出的狀況。

5)08:02:852674表示的對應(yīng)磁盤文件的所在設(shè)備的主設(shè)備好，次設(shè)備號，還有文件對應(yīng)的inodenumber。

6)0表示的是所的其實位置

7)EOF表示的是結(jié)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。

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