41-fcntl设置文件锁

1. 文件锁

当多个进程打开同一文件进行读写时可能会出现数据混乱的问题，原因在于进程间共享同一文件读写指针位置，也就是f_pos（关于f_pos参考：4-文件描述符与打开的文件之间的关系的第三小节file结构体）。

解决这个问题的方法有很多，比如可以使用信号量完成进程同步，但通常使用文件锁会更好一些，因为内核会将锁跟文件关联起来，这就需要借助fcntl函数来实现对一个文件进行加锁。只有拿到锁的进程可以对文件进行读写操作，而没有获得锁的进程操作文件可以打开文件，但无法执行read、write操作，以此来防止进程间对同一文件进行读写出现的数据混乱问题。

2. fcntl函数

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参数fd：指定文件描述符

参数cmd：一般用于设置文件锁，F_SETLK和F_SETLKW 用于加锁解锁， F_GETLK用于获取文件锁。

F_SETLK设置文件锁，如果另一进程已经加锁，那么fcntl将会失败并返回EAGAIN错误，不会阻塞。

F_SETLKW设置文件锁，如果另一进程已经加锁，那么该进程将会阻塞，直到文件锁被释放。

F_GETLK实际上是用于获取文件锁的相关信息，以检测能否设置F_SETLK或F_SETLKW进行加锁。

参数flock具体定义：

struct flock {...short l_type;       //锁的类型：F_RDLCK(读方式加锁) 、F_WRLCK(写方式加锁) 、F_UNLCK(解锁)short l_whence;    //参考偏移位置：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END off_t l_start;       //具体起始偏移位置，0表示文件开头off_t l_len;       //长度：其实是表示加锁的范围（加多少个字节），如果为0表示整个文件加锁pid_t l_pid;        //持有该锁的进程ID：(只有调用F_GETLK only，才会用到这个参数)...
};

加锁范围：

1. 如果 len > 0, [whence+start , whence+start+len) ，包左不包右

2. 如果 len = 0, [whence+start , ∞)，包左不包右，表示对整个文件加锁

以whence为参考位置开始，加上start就是具体的起始位置。例如：whence = SEEK_SET，start = 10，那么参考位置就是文件开头（偏移为0的位置），加上start后，具体的起始位置就是偏移为10的位置。

3. 文件锁示例

多个进程对加锁文件进行访问：

1. 首先测试两个进程间以读方式加锁

2. 然后测试两个进程间以写方式加锁

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>void sys_err(char *str){perror(str);exit(1);
}int main(int argc, char *argv[]) {int fd;struct flock f_lock;//参数不够if (argc < 2) {printf("./a.out filename\n");exit(1);}//打开文件失败if ((fd = open(argv[1] , O_RDWR)) < 0){sys_err("open");}//选用写琐f_lock.l_type = F_WRLCK;  //选用读琐      //f_lock.l_type = F_RDLCK;          //设置文件指针为文件开头f_lock.l_whence = SEEK_SET;//起始偏移，0表示文件开头f_lock.l_start = 0;// l_len表示加锁的长度，0表示整个文件加锁 f_lock.l_len = 0; //设置属性，让线程阻塞(F_SETLKW),直到加锁成功fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);//如果加锁成功，打印get flockprintf("get flock\n");//为了测试效果明显，休眠10秒sleep(10);//设置锁类型为解锁f_lock.l_type = F_UNLCK;//设置属性，解锁不成功阻塞fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);//解锁成功打印unflockprintf("un flock\n");close(fd);return 0;
}

测试两个进程间以写方式加锁，程序执行结果：

从图中可以看出，以写方式进行加锁的话，那么左1进程对文件以写方式加锁成功，右1进程对文件以写方式加锁会失败并阻塞，等到左1进程释放写锁后，右1进程立马获取到了写锁。

修改部分代码，测试两个进程间以读方式加锁：

//选用写琐
//f_lock.l_type = F_WRLCK;
//选用读琐
f_lock.l_type = F_RDLCK;

以读方式进行加锁的话，那么左1进程对文件以读方式加锁成功，右1进程对文件以读方式加锁也会成功。

由此我们可以得出结论：进程间对文件进行加文件锁也遵循“读共享、写独占”特性。但！如若进程不加锁直接操作文件，依然可访问成功，但数据势必会出现混乱。