（1）fcntl函數說明
前面的這5個基本函數實現了文件的打開、讀寫等基本操作，這一節將討論的是，在文 件已經共享的情況下如何操作，也就是當多個用戶共同使用、操作一個文件的情況，這時，Linux 通常采用的方法是給文件上鎖，來避免共享的資源產生競爭的狀態。
文件鎖包括建議性鎖和強制性鎖。
建議性鎖要求每個上鎖文件的進程都要檢查是否有鎖存，并且尊重已有的鎖。在一般情況下，內核和系統都不使用建議性鎖。強制性鎖是由內 核執行的鎖，當一個文件被上鎖進行寫入操作的時候，內核將阻止其他任何文件對其進行讀寫操作。采用強制性鎖對性能的影響很大，每次讀寫操作都必須檢查是否有鎖存在。
在 Linux 中，實現文件上鎖的函數有lock和fcntl，其中flock用于對文件施加建議性鎖,而fcntl不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強制鎖。同時，fcntl還能對文件的某一記錄進行上鎖，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，它能夠使多個進程都能在文件的同一部分建立讀取鎖。而寫入鎖又稱為排斥鎖，在任何時刻只能有一個進程在文件的某個部分上建立寫入鎖。當然，在文件的同一部分不能同時建立讀取鎖和寫入鎖。
注意:
fcntl是一個非常通用的函數，它還可以改變文件進程各方面的屬性，在本節中，主要介紹它建立記錄鎖的方法，關于它其他用戶感興趣的讀者可以參看fcntl手冊。
（2）fcntl函數格式
用于建立記錄鎖的fcntl函數格式如表6.6 所示。
表6.6 fcntl函數語法要點所需頭文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
函數原型int fcnt1(int fd, int cmd, struct flock *lock)
fd：文件描述符
F_DUPFD：復制文件描述符
F_GETFD：獲得fd的close-on-exec標志，若標志未設置，則文件經過exec函數之后仍保持打開狀態
F_SETFD：設置close-on-exec標志，該標志以參數arg的FD_CLOEXEC位決定
F_GETFL：得到open設置的標志
函數傳入值
cmd
F_SETFL：改變open設置的標志
F_GETFK：根據lock描述，決定是否上文件鎖
F_SETFK：設置lock描述的文件鎖
F_SETLKW：這是F_SETLK的阻塞版本（命令名中的W表示等待（wait））。
如果存在其他鎖，則調用進程睡眠；如果捕捉到信號則睡眠中斷
F_GETOWN：檢索將收到SIGIO和SIGURG信號的進程號或進程組號
F_SETOWN：設置進程號或進程組號
函數返回值
Lock：結構為flock，設置記錄鎖的具體狀態，后面會詳細說明
成功：0
-1：出錯
這里，lock的結構如下所示：
Struct flock{
short l_type;
off_t l_start;
short l_whence;
off_t l_len;
pid_t l_pid;
}
lock結構中每個變量的取值含義如表6.7 所示。
表6.7 lock結構變量取值
F_RDLCK：讀取鎖（共享鎖）
l_type F_WRLCK：寫入鎖（排斥鎖）
F_UNLCK：解鎖
l_stat 相對位移量（字節）
SEEK_SET：當前位置為文件的開頭，新位置為偏移量的大小
SEEK_CUR：當前位置為文件指針的位置，新位置為當前位置加上偏移量
l_whence：相對位移量的起點（同lseek 的whence）。
SEEK_END：當前位置為文件的結尾，新位置為文件的大小加上偏移量的大小
l_len 加鎖區域的長度
小技巧:
為加鎖整個文件，通常的方法是將l_start 說明為0，l_whence 說明為SEEK_SET，l_len 說明為0。
（3）fcntl使用實例
下面首先給出了使用fcntl 函數的文件記錄鎖函數。在該函數中，首先給flock 結構體的對應位賦予相應的值。接著使用兩次fcntl函數分別用于給相關文件上鎖和判斷文件是否可以上鎖，這里用到的cmd值分別為F_SETLK 和F_GETLK。
這個函數的源代碼如下所示：
/*lock_set函數*/
void lock_set(int fd, int type)
{
struct flock lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;//賦值lock結構體
lock.l_start = 0;
lock.l_len =0;
while(1){
lock.l_type = type;
/*根據不同的type值給文件上鎖或解鎖*/
if((fcntl(fd, F_SETLK, &lock)) == 0){
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock set by %d/n",getpid());
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock set by %d/n",getpid());
else if( lock.l_type == F_UNLCK )
printf("release lock by %d/n",getpid());
return;
}
/*判斷文件是否可以上鎖*/
fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
/*判斷文件不能上鎖的原因*/
if(lock.l_type != F_UNLCK){
/*/該文件已有寫入鎖*/
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock already set by %d/n",lock.l_pid);
/*該文件已有讀取鎖*/
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock already set by %d/n",lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
下面的實例是測試文件的寫入鎖，這里首先創建了一個hello文件，之后對其上寫入鎖，最后釋放寫入鎖。代碼如下所示：
/*fcntl_write.c測試文件寫入鎖主函數部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd;
/*首先打開文件*/
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror("open");
exit(1);
}
/*給文件上寫入鎖*/
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
/*給文件接鎖*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
為了能夠使用多個終端，更好地顯示寫入鎖的作用，本實例主要在PC 機上測試，讀者可將其交叉編譯，下載到目標板上運行。下面是在PC 機上的運行結果。為了使程序有較大的靈活性，筆者采用文件上鎖后由用戶鍵入一任意鍵使程序繼續運行。建議讀者開啟兩個終端，并且在兩個終端上同時運行該程序，以達到多個進程操作一個文件的效果。在這里，筆者首先運行終端一，請讀者注意終端二中的第一句。
終端一：
[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock set by 4994
release lock by 4994
終端二：
[root@localhost file]# ./fcntl_write
write lock already set by 4994
write lock set by 4997
release lock by 4997
由此可見，寫入鎖為互斥鎖，一個時刻只能有一個寫入鎖存在。
接下來的程序是測試文件的讀取鎖，原理同上面的程序一樣。
/*fcntl_read.c測試文件讀取鎖主函數部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd;
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd < 0){
perror("open");
exit(1);
}
/*給文件上讀取鎖*/
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
/*給文件接鎖*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
同樣開啟兩個終端，并首先啟動終端一上的程序，其運行結果如下所示：
終端一:
[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5009
release lock by 5009
終端二：
[root@localhost file]# ./fcntl2
read lock set by 5010
release lock by 5010
讀者可以將此結果與寫入鎖的運行結果相比較，可以看出，讀取鎖為共享鎖，當進程5009已設定讀取鎖后，進程5010 還可以設置讀取鎖。
思考:
如果在一個終端上運行設置讀取鎖，則在另一個終端上運行設置寫入鎖，會有什么結果呢？
