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談?wù)刲inux中flock、lockf和fcntl的區(qū)別

 更新時(shí)間:2016年08月11日 09:07:52   投稿:daisy  
相信大家都知道,這三個(gè)函數(shù)的作用都是給文件加鎖,那它們有什么區(qū)別呢?下面跟著小編一起來(lái)看看,有需要的可以參考借鑒。

首先f(wàn)lock和fcntl是系統(tǒng)調(diào)用,而lockf是庫(kù)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(lái)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(mén)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(fǎng)問(wèn)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(xiě),那么勸告鎖沒(méi)有任何的作用。而遵守協(xié)議,讀寫(xiě)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(kāi)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(guò)fork或者dup)后,那么通過(guò)這兩個(gè)fd都可以操作這把鎖(例如通過(guò)一個(gè)fd加鎖,通過(guò)另一個(gè)fd可以釋放鎖),也就是說(shuō)子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的鎖。但是上鎖過(guò)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(méi)有釋放),只有關(guān)閉所有復(fù)制出的fd,鎖才會(huì)釋放。測(cè)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(guò)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(guò)相同的fd獲取鎖,反之亦然。

(2)使用open兩次打開(kāi)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(guò)其中一個(gè)加鎖,通過(guò)另一個(gè)無(wú)法解鎖,并且在前一個(gè)解鎖前也無(wú)法上鎖。測(cè)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(guò)fd1獲取鎖后,無(wú)法再通過(guò)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(guò)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(guò)open返回的打開(kāi)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(cè)試文件是否被上鎖,若文件沒(méi)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(zhǎng)度。

通過(guò)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(xiě)鎖F_WRLCK)或者釋放所(F_UNLCK),但是如果kernel無(wú)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(guò)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(lái)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(kāi)的,加寫(xiě)鎖(排他鎖)文件必須是寫(xiě)打開(kāi)。

       (3) 進(jìn)程不能使用F_GETLK命令來(lái)測(cè)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(shuō)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cè)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(cè)試結(jié)果如下:

$./a.out

flock return ret : 0

lockf return ret: 0

可見(jiàn)flock的加鎖,并不影響lockf的加鎖。另外我們可以通過(guò)/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(lèi)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(lèi)型,有次可見(jiàn)兩種調(diào)用產(chǎn)生的鎖的類(lèi)型是不同的;

       2) ADVISORY表明是勸告鎖;

       3) WRITE顧名思義,是寫(xiě)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(lèi)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(pán)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(lèi)型比較有用,對(duì)flock來(lái)是總是0 和EOF。

以上就是linux中fcntl()、lockf和flock的區(qū)別的全部?jī)?nèi)容,希望本文對(duì)大家有所幫助。

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