談?wù)刲inux中flock、lockf和fcntl的區(qū)別
首先flock和fcntl是系統(tǒng)調(diào)用,而lockf是庫函數(shù)。lockf實(shí)際上是fcntl的封裝,所以lockf和fcntl的底層實(shí)現(xiàn)是一樣的,對(duì)文件加鎖的效果也是一樣的。后面分析不同點(diǎn)時(shí)大多數(shù)情況是將fcntl和lockf放在一起的。下面首先看每個(gè)函數(shù)的使用,從使用的方式和效果來看各個(gè)函數(shù)的區(qū)別。
1. flock
函數(shù)原型
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(tǒng)調(diào)用open返回的文件描述符,operation的選項(xiàng)有:
1.LOCK_SH :共享鎖
2.LOCK_EX :排他鎖或者獨(dú)占鎖
3.LOCK_UN : 解鎖。
4.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(duì)整個(gè)文件上鎖,而不能對(duì)文件的某一部分上鎖,這是于fcntl/lockf的第一個(gè)重要區(qū)別,后者可以對(duì)文件的某個(gè)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(qiáng)制鎖(mandatory lock)和勸告鎖(advisory lock)。所謂強(qiáng)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(gè)進(jìn)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(shí)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(jìn)程,叫做合作進(jìn)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(xiàng)(struct file)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(gè)fd都可以操作這把鎖(例如通過一個(gè)fd加鎖,通過另一個(gè)fd可以釋放鎖),也就是說子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的鎖。但是上鎖過程中關(guān)閉其中一個(gè)fd,鎖并不會(huì)釋放(因?yàn)閒ile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(huì)釋放。測試程序入程序一。
程序一
#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: %dn", fd1, fd2); ret = flock(fd1,LOCK_EX); printf("get lock1, ret: %dn", ret); ret = flock(fd2,LOCK_EX); printf("get lock2, ret: %dn", ret); return 0;
運(yùn)行結(jié)果如圖,對(duì)fd1上鎖,并不影響程序通過fd2上鎖。對(duì)于父子進(jìn)程,參考程序二。
程序二
#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: %dn",fd, ret); sleep(10); printf("chile exitn"); exit(0); } ret = flock(fd,LOCK_EX); printf("parent get lock, fd: %d, ret: %dn", fd, ret); printf("parent exitn"); return 0; }
運(yùn)行結(jié)果如圖,子進(jìn)程持有鎖,并不影響父進(jìn)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(gè)文件,得到的兩個(gè)fd是獨(dú)立的(因?yàn)榈讓訉?duì)應(yīng)兩個(gè)file對(duì)象),通過其中一個(gè)加鎖,通過另一個(gè)無法解鎖,并且在前一個(gè)解鎖前也無法上鎖。測試程序如程序三:
程序三
#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: %dn", fd1, fd2); ret = flock(fd1,LOCK_EX); printf("get lock1, ret: %dn", ret); ret = flock(fd2,LOCK_EX); printf("get lock2, ret: %dn", 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(qǐng)使用fcntl。
(5) flock鎖可遞歸,即通過dup或者或者fork產(chǎn)生的兩個(gè)fd,都可以加鎖而不會(huì)產(chǎn)生死鎖。
2. lockf與fcntl
函數(shù)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(huì)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(huì)阻塞,而回返回錯(cuò)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 #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(qǐng)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(jìn)程(被其他進(jìn)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(gè)死心眼的主兒,申請(qǐng)不到,就傻等。
F_GETLK:這個(gè)接口是獲取鎖的相關(guān)信息: 這個(gè)接口會(huì)修改我們傳入的struct flock。
通過函數(shù)參數(shù)功能可以看出fcntl是功能最強(qiáng)大的,它既支持共享鎖又支持排他鎖,即可以鎖住整個(gè)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(gè)進(jìn)程對(duì)一個(gè)文件區(qū)間已經(jīng)有一把鎖,后來進(jìn)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(jìn)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(jìn)程設(shè)置它自己的鎖。因?yàn)?,F(xiàn)_SETLK和F_SETLKW命令總是替換進(jìn)程的現(xiàn)有鎖,所以調(diào)用進(jìn)程絕不會(huì)阻塞再自己持有的鎖上,于是F_GETLK命令絕不會(huì)報(bào)告調(diào)用進(jìn)程自己持有的鎖。
(4) 進(jìn)程終止時(shí),他所建立的所有文件鎖都會(huì)被釋放,隊(duì)醫(yī)flock也是一樣的。
(5) 任何時(shí)候關(guān)閉一個(gè)描述符時(shí),則該進(jìn)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(jìn)程設(shè)置的),這一點(diǎn)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(huì)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(jìn)程不繼承父進(jìn)程所設(shè)置的鎖,這點(diǎn)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(diǎn)和flock是相同的。(如果對(duì)fd設(shè)置了close-on-exec,則exec前會(huì)關(guān)閉fd,相應(yīng)文件的鎖也會(huì)被釋放)。
(8) 支持強(qiáng)制性鎖:對(duì)一個(gè)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(duì)該文件開啟了強(qiáng)制性鎖機(jī)制。再Linux中如果要使用強(qiáng)制性鎖,則要在文件系統(tǒng)mount時(shí),使用_omand打開該機(jī)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(shí)互不影響。測試程序如下:
#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 : %dn", ret); ret = lockf(fd, F_LOCK, 0); printf("lockf return ret: %dn", ret); sleep(100); return 0; }
測試結(jié)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。另外我們可以通過/proc/locks
查看進(jìn)程獲取鎖的狀態(tài)。
$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(xiàn)在分別敘述下含義:
1) POSIX FLOCK 這個(gè)比較明確,就是哪個(gè)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(jìn)程ID。當(dāng)然對(duì)于flock這種類型的鎖,會(huì)出現(xiàn)進(jìn)程已經(jīng)退出的狀況。
5) 08:02:852674表示的對(duì)應(yīng)磁盤文件的所在設(shè)備的主設(shè)備好,次設(shè)備號(hào),還有文件對(duì)應(yīng)的inode number。
6) 0表示的是所的其實(shí)位置
7) EOF表示的是結(jié)束位置。 這兩個(gè)字段對(duì)fcntl類型比較有用,對(duì)flock來是總是0 和EOF。
以上就是linux中fcntl()、lockf和flock的區(qū)別的全部內(nèi)容,希望本文對(duì)大家有所幫助。
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