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<sys/file.h>

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：

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

#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: %d\n", fd1, fd2);
ret = flock(fd1,LOCK_EX);
printf("get lock1, ret: %d\n", ret);
ret = flock(fd2,LOCK_EX);
printf("get lock2, ret: %d\n", ret);
return 0;
}

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

#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: %d\n",fd, ret);
sleep(10);
printf("chile exit\n");
exit(0);
}
ret = flock(fd,LOCK_EX);
printf("parent get lock, fd: %d, ret: %d\n", fd, ret);
printf("parent exit\n");
return 0;
}

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

#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: %d\n", fd1, fd2);
ret = flock(fd1,LOCK_EX);
printf("get lock1, ret: %d\n", ret);
ret = flock(fd2,LOCK_EX);
printf("get lock2, ret: %d\n", ret);
return 0;
}

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<unistd.h>

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<unistd.h>

#include<fcntl.h>

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