linux中fcntl()、lockf、flock的区别
fcntl()、lockf、flock的区别
——lvyilong316
这三个函数的作用都是给文件加锁，那它们有什么区别呢？首先flock和fcntl是系统调用，而lockf是库函数。lockf实际上是fcntl的封装，所以lockf和fcntl的底层实现是一样的，对文件加锁的效果也是一样的。后面分析不同点时大多数情况是将fcntl和lockf放在一起的。下面首先看每个函数的使用，从使用的方式和效果来看各个函数的区别。
1.flock
l函数原型
#include
intflock(intfd,intoperation);//Applyorremoveanadvisorylockontheopenfilespecifiedbyfd，只是建议性锁
其中fd是系统调用open返回的文件描述符，operation的选项有：
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LOCK_SH：共享锁
LOCK_EX：排他锁或者独占锁
LOCK_UN:解锁。
LOCK_NB：非阻塞（与以上三种操作一起使用）
关于flock函数，首先要知道flock函数只能对整个文件上锁，而不能对文件的某一部分上锁，这是于fcntl/lockf的第一个重要区别，后者可以对文件的某个区域上锁。其次，flock只能产生劝告性锁。我们知道，linux存在强制锁（mandatorylock）和劝告锁（advisorylock）。所谓强制锁，比较好理解，就是你家大门上的那把锁，最要命的是只有一把钥匙，只有一个进程可以操作。所谓劝告锁，本质是一种协议，你访问文件前，先检查锁，这时候锁才其作用，如果你不那么kind，不管三七二十一，就要读写，那么劝告锁没有任何的作用。而遵守协议，读写前先检查锁的那些进程，叫做合作进程。再次，flock和fcntl/lockf的区别主要在fork和dup。
(1)flock创建的锁是和文件打开表项（structfile）相关联的，而不是fd。这就意味着复制文件fd（通过fork或者dup）后，那么通过这两个fd都可以操作这把锁（例如通过一个fd加锁，通过另一个fd可以释放锁），也就是说子进程继承父进程的锁。但是上锁过程中关闭其中一个fd，锁并不会释放（因为file结构并没有释放），只有关闭所有复制出的fd，锁才会释放。测试程序入程序一。
l程序一
<ol style="margin:0 1px 0 0px;padding-left:40px;" start="1" class="dp-css"><li>#include <stdio.h><br /></li><li>#include <unistd.h><br /></li><li>#include <stdlib.h><br /></li><li>#include <sys/file.h><br /></li><li>int main (int argc, char ** argv)<br /></li><li>{<br /></li><li>int ret;<br /></li><li>int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR);<br /></li><li>int fd2 = dup(fd1);<br /></li><li>printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2);<br /></li><li>ret = flock(fd1,LOCK_EX);<br /></li><li>printf("get lock1, ret: %d\n", ret);<br /></li><li>ret = flock(fd2,LOCK_EX);<br /></li><li>printf("get lock2, ret: %d\n", ret);<br /></li><li>return 0;<br /></li><li>}</li></ol>
运行结果如图，对fd1上锁，并不影响程序通过fd2上锁。对于父子进程，参考程序二。
l程序二
<ol style="margin:0 1px 0 0px;padding-left:40px;" start="1" class="dp-css"><li>#include <stdio.h><br /></li><li>#include <unistd.h><br /></li><li>#include <stdlib.h><br /></li><li>#include <sys/file.h><br /></li><li>int main (int argc, char ** argv)<br /></li><li>{<br /></li><li>int ret;<br /></li><li>int pid;<br /></li><li>int fd = open("./tmp.txt",O_RDWR);<br /></li><li>if ((pid = fork()) == 0){<br /></li><li>ret = flock(fd,LOCK_EX);<br /></li><li>printf("chile get lock, fd: %d, ret: %d\n",fd, ret);<br /></li><li>sleep(10);<br /></li><li>printf("chile exit\n");<br /></li><li>exit(0);<br /></li><li>}<br /></li><li>ret = flock(fd,LOCK_EX);<br /></li><li>printf("parent get lock, fd: %d, ret: %d\n", fd, ret);<br /></li><li>printf("parent exit\n");<br /></li><li>return 0;<br /></li><li>}</li></ol>
运行结果如图，子进程持有锁，并不影响父进程通过相同的fd获取锁，反之亦然。
(2)使用open两次打开同一个文件，得到的两个fd是独立的（因为底层对应两个file对象），通过其中一个加锁，通过另一个无法解锁，并且在前一个解锁前也无法上锁。测试程序如程序三：
l程序三
<ol style="margin:0 1px 0 0px;padding-left:40px;" start="1" class="dp-css"><li style="text-align:left;">#include <stdio.h><br /></li><li style="text-align:left;">#include <unistd.h><br /></li><li style="text-align:left;">#include <stdlib.h><br /></li><li style="text-align:left;">#include <sys/file.h><br /></li><li style="text-align:left;">int main (int argc, char ** argv)<br /></li><li style="text-align:left;">{<br /></li><li style="text-align:left;">int ret;<br /></li><li style="text-align:left;">int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR);<br /></li><li style="text-align:left;">int fd2 = open("./tmp.txt",O_RDWR);<br /></li><li style="text-align:left;">printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2);<br /></li><li style="text-align:left;">ret = flock(fd1,LOCK_EX);<br /></li><li style="text-align:left;">printf("get lock1, ret: %d\n", ret);<br /></li><li style="text-align:left;">ret = flock(fd2,LOCK_EX);<br /></li><li style="text-align:left;">printf("get lock2, ret: %d\n", ret);<br /></li><li style="text-align:left;">return 0;<br /></li><li style="text-align:left;">}</li></ol>
结果如图，通过fd1获取锁后，无法再通过fd2获取锁。
(3)使用exec后，文件锁的状态不变。
(4)flock不能再NFS文件系统上使用，如果要在NFS使用文件锁，请使用fcntl。
(5)flock锁可递归，即通过dup或者或者fork产生的两个fd，都可以加锁而不会产生死锁。
2.lockf与fcntl
l函数原型
#include
intlockf(intfd,intcmd,off_tlen);
fd为通过open返回的打开文件描述符。
cmd的取值为：
F_LOCK：给文件互斥加锁，若文件以被加锁，则会一直阻塞到锁被释放。
F_TLOCK：同F_LOCK，但若文件已被加锁，不会阻塞，而回返回错误。
F_ULOCK：解锁。
F_TEST：测试文件是否被上锁，若文件没被上锁则返回0，否则返回-1。
len：为从文件当前位置的起始要锁住的长度。
通过函数参数的功能，可以看出lockf只支持排他锁，不支持共享锁。
#include
#include
intfcntl(intfd,intcmd,.../*arg*/);
structflock{
...
shortl_type;/*Typeoflock:F_RDLCK,F_WRLCK,F_UNLCK*/
shortl_whence;/*Howtointerpretl_start:SEEK_SET,SEEK_CUR,SEEK_END*/
off_tl_start;/*Startingoffsetforlock*/
off_tl_len;/*Numberofbytestolock*/
pid_tl_pid;/*PIDofprocessblockingourlock(F_GETLKonly)*/
...
};
文件记录加锁相关的cmd分三种：
F_SETLK：申请锁（读锁F_RDLCK，写锁F_WRLCK）或者释放所（F_UNLCK），但是如果kernel无法将锁授予本进程（被其他进程抢了先，占了锁），不傻等，返回error。
F_SETLKW：和F_SETLK几乎一样，唯一的区别，这厮是个死心眼的主儿，申请不到，就傻等。
F_GETLK：这个接口是获取锁的相关信息：这个接口会修改我们传入的structflock。
通过函数参数功能可以看出fcntl是功能最强大的，它既支持共享锁又支持排他锁，即可以锁住整个文件，又能只锁文件的某一部分。
下面看fcntl/lockf的特性：
(1)上锁可递归，如果一个进程对一个文件区间已经有一把锁，后来进程又企图在同一区间再加一把锁，则新锁将替换老锁。
(2)加读锁（共享锁）文件必须是读打开的，加写锁（排他锁）文件必须是写打开。
(3)进程不能使用F_GETLK命令来测试它自己是否再文件的某一部分持有一把锁。F_GETLK命令定义说明，返回信息指示是否现存的锁阻止调用进程设置它自己的锁。因为，F_SETLK和F_SETLKW命令总是替换进程的现有锁，所以调用进程绝不会阻塞再自己持有的锁上，于是F_GETLK命令绝不会报告调用进程自己持有的锁。
(4)进程终止时，他所建立的所有文件锁都会被释放，队医flock也是一样的。
(5)任何时候关闭一个描述符时，则该进程通过这一描述符可以引用的文件上的任何一把锁都被释放（这些锁都是该进程设置的），这一点与flock不同。如：
fd1=open(pathname,…);
lockf(fd1,F_LOCK,0);
fd2=dup(fd1);
close(fd2);
则在close(fd2)后，再fd1上设置的锁会被释放，如果将dup换为open，以打开另一描述符上的同一文件，则效果也一样。
fd1=open(pathname,…);
lockf(fd1,F_LOCK,0);
fd2=open(pathname,…);
close(fd2);
(6)由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁，这点与flock也不同。
(7)在执行exec后，新程序可以继承原程序的锁，这点和flock是相同的。（如果对fd设置了close-on-exec，则exec前会关闭fd，相应文件的锁也会被释放）。
(8)支持强制性锁：对一个特定文件打开其设置组ID位(S_ISGID)，并关闭其组执行位(S_IXGRP)，则对该文件开启了强制性锁机制。再Linux中如果要使用强制性锁，则要在文件系统mount时，使用_omand打开该机制。
3.两种锁的关系
那么flock和lockf/fcntl所上的锁有什么关系呢？答案时互不影响。测试程序如下：
<ol style="margin:0 1px 0 0px;padding-left:40px;" start="1" class="dp-css"><li>#include <unistd.h><br /></li><li>#include <stdio.h><br /></li><li>#include <stdlib.h><br /></li><li>#include <sys/file.h><br /></li><li>int main(int argc, char **argv)<br /></li><li>{<br /></li><li>int fd, ret;<br /></li><li>int pid;<br /></li><li>fd = open("./tmp.txt", O_RDWR);<br /></li><li>ret = flock(fd, LOCK_EX);<br /></li><li>printf("flock return ret : %d\n", ret);<br /></li><li>ret = lockf(fd, F_LOCK, 0);<br /></li><li>printf("lockf return ret: %d\n", ret);<br /></li><li>sleep(100);<br /></li><li>return 0;<br /></li><li>}</li></ol>测试结果如下：
$./a.out
flockreturnret:0
lockfreturnret:0
可见flock的加锁，并不影响lockf的加锁。两外我们可以通过/proc/locks查看进程获取锁的状态。
$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
我们可以看到/proc/locks下面有锁的信息：我现在分别叙述下含义：
1)POSIXFLOCK这个比较明确，就是哪个类型的锁。flock系统调用产生的是FLOCK，fcntl调用F_SETLK，F_SETLKW或者lockf产生的是POSIX类型，有次可见两种调用产生的锁的类型是不同的；
2)ADVISORY表明是劝告锁；
3)WRITE顾名思义，是写锁，还有读锁；
4)18849是持有锁的进程ID。当然对于flock这种类型的锁，会出现进程已经退出的状况。
5)08:02:852674表示的对应磁盘文件的所在设备的主设备好，次设备号，还有文件对应的inodenumber。
6)0表示的是所的其实位置
7)EOF表示的是结束位置。这两个字段对fcntl类型比较有用，对flock来是总是0和EOF。
