mysileng

功能描述：根據(jù)文件描述詞來操作文件的特性。

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> 
int fcntl(int fd, int cmd); 
int fcntl(int fd, int cmd, long arg); 
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

[描述]
fcntl()針對(文件)描述符提供控制。參數(shù)fd是被參數(shù)cmd操作(如下面的描述)的描述符。針對cmd的值，fcntl能夠接受第三個參數(shù)int arg。

[返回值]
fcntl()的返回值與命令有關(guān)。如果出錯，所有命令都返回－1，如果成功則返回某個其他值。下列三個命令有特定返回值：F_DUPFD , F_GETFD , F_GETFL以及F_GETOWN。
    F_DUPFD   返回新的文件描述符
    F_GETFD   返回相應(yīng)標(biāo)志
    F_GETFL , F_GETOWN   返回一個正的進程ID或負的進程組ID

fcntl函數(shù)有5種功能： 
1. 復(fù)制一個現(xiàn)有的描述符(cmd=F_DUPFD). 
2. 獲得／設(shè)置文件描述符標(biāo)記(cmd=F_GETFD或F_SETFD). 
3. 獲得／設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)記(cmd=F_GETFL或F_SETFL). 
4. 獲得／設(shè)置異步I/O所有權(quán)(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN). 
5. 獲得／設(shè)置記錄鎖(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).

1. cmd值的F_DUPFD ： 
F_DUPFD    返回一個如下描述的(文件)描述符：
        ·最小的大于或等于arg的一個可用的描述符
        ·與原始操作符一樣的某對象的引用
        ·如果對象是文件(file)的話，則返回一個新的描述符，這個描述符與arg共享相同的偏移量(offset)
        ·相同的訪問模式(讀，寫或讀/寫)
        ·相同的文件狀態(tài)標(biāo)志(如：兩個文件描述符共享相同的狀態(tài)標(biāo)志)
        ·與新的文件描述符結(jié)合在一起的close-on-exec標(biāo)志被設(shè)置成交叉式訪問execve(2)的系統(tǒng)調(diào)用

實際上調(diào)用dup(oldfd)；
等效于
        fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0);

而調(diào)用dup2(oldfd, newfd)；
等效于
        close(oldfd)；
        fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd)；

2. cmd值的F_GETFD和F_SETFD：      
F_GETFD    取得與文件描述符fd聯(lián)合的close-on-exec標(biāo)志，類似FD_CLOEXEC。如果返回值和FD_CLOEXEC進行與運算結(jié)果是0的話，文件保持交叉式訪問exec()，否則如果通過exec運行的話，文件將被關(guān)閉(arg 被忽略)        
F_SETFD    設(shè)置close-on-exec標(biāo)志，該標(biāo)志以參數(shù)arg的FD_CLOEXEC位決定，應(yīng)當(dāng)了解很多現(xiàn)存的涉及文件描述符標(biāo)志的程序并不使用常數(shù) FD_CLOEXEC，而是將此標(biāo)志設(shè)置為0(系統(tǒng)默認，在exec時不關(guān)閉)或1(在exec時關(guān)閉)    

在修改文件描述符標(biāo)志或文件狀態(tài)標(biāo)志時必須謹(jǐn)慎，先要取得現(xiàn)在的標(biāo)志值，然后按照希望修改它，最后設(shè)置新標(biāo)志值。不能只是執(zhí)行F_SETFD或F_SETFL命令，這樣會關(guān)閉以前設(shè)置的標(biāo)志位。 

3. cmd值的F_GETFL和F_SETFL：   
F_GETFL    取得fd的文件狀態(tài)標(biāo)志，如同下面的描述一樣(arg被忽略)，在說明open函數(shù)時，已說明
了文件狀態(tài)標(biāo)志。不幸的是，三個存取方式標(biāo)志 (O_RDONLY , O_WRONLY , 以及O_RDWR)并不各占1位。(這三種標(biāo)志的值各是0 , 1和2，由于歷史原因，這三種值互斥 — 一個文件只能有這三種值之一。) 因此首先必須用屏蔽字O_ACCMODE相與取得存取方式位，然后將結(jié)果與這三種值相比較。       
F_SETFL    設(shè)置給arg描述符狀態(tài)標(biāo)志，可以更改的幾個標(biāo)志是：O_APPEND，O_NONBLOCK，O_SYNC 和 O_ASYNC。而fcntl的文件狀態(tài)標(biāo)志總共有7個：O_RDONLY , O_WRONLY , O_RDWR , O_APPEND , O_NONBLOCK , O_SYNC和O_ASYNC

可更改的幾個標(biāo)志如下面的描述：
    O_NONBLOCK   非阻塞I/O，如果read(2)調(diào)用沒有可讀取的數(shù)據(jù)，或者如果write(2)操作將阻塞，則read或write調(diào)用將返回-1和EAGAIN錯誤
    O_APPEND     強制每次寫(write)操作都添加在文件大的末尾，相當(dāng)于open(2)的O_APPEND標(biāo)志
    O_DIRECT     最小化或去掉reading和writing的緩存影響。系統(tǒng)將企圖避免緩存你的讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)。如果不能夠避免緩存，那么它將最小化已經(jīng)被緩存了的數(shù)據(jù)造成的影響。如果這個標(biāo)志用的不夠好，將大大的降低性能
    O_ASYNC      當(dāng)I/O可用的時候，允許SIGIO信號發(fā)送到進程組，例如：當(dāng)有數(shù)據(jù)可以讀的時候

4. cmd值的F_GETOWN和F_SETOWN：   
F_GETOWN   取得當(dāng)前正在接收SIGIO或者SIGURG信號的進程id或進程組id，進程組id返回的是負值(arg被忽略)     
F_SETOWN   設(shè)置將接收SIGIO和SIGURG信號的進程id或進程組id，進程組id通過提供負值的arg來說明(arg絕對值的一個進程組ID)，否則arg將被認為是進程id

 5. cmd值的F_GETLK, F_SETLK或F_SETLKW： 獲得／設(shè)置記錄鎖的功能，成功則返回0，若有錯誤則返回-1，錯誤原因存于errno。
F_GETLK    通過第三個參數(shù)arg(一個指向flock的結(jié)構(gòu)體)取得第一個阻塞lock description指向的鎖。取得的信息將覆蓋傳到fcntl()的flock結(jié)構(gòu)的信息。如果沒有發(fā)現(xiàn)能夠阻止本次鎖(flock)生成的鎖，這個結(jié)構(gòu)將不被改變，除非鎖的類型被設(shè)置成F_UNLCK    
F_SETLK    按照指向結(jié)構(gòu)體flock的指針的第三個參數(shù)arg所描述的鎖的信息設(shè)置或者清除一個文件的segment鎖。F_SETLK被用來實現(xiàn)共享(或讀)鎖(F_RDLCK)或獨占(寫)鎖(F_WRLCK)，同樣可以去掉這兩種鎖(F_UNLCK)。如果共享鎖或獨占鎖不能被設(shè)置，fcntl()將立即返回EAGAIN     
F_SETLKW   除了共享鎖或獨占鎖被其他的鎖阻塞這種情況外，這個命令和F_SETLK是一樣的。如果共享鎖或獨占鎖被其他的鎖阻塞，進程將等待直到這個請求能夠完成。當(dāng)fcntl()正在等待文件的某個區(qū)域的時候捕捉到一個信號，如果這個信號沒有被指定SA_RESTART, fcntl將被中斷

當(dāng)一個共享鎖被set到一個文件的某段的時候，其他的進程可以set共享鎖到這個段或這個段的一部分。共享鎖阻止任何其他進程set獨占鎖到這段保護區(qū)域的任何部分。如果文件描述符沒有以讀的訪問方式打開的話，共享鎖的設(shè)置請求會失敗。

獨占鎖阻止任何其他的進程在這段保護區(qū)域任何位置設(shè)置共享鎖或獨占鎖。如果文件描述符不是以寫的訪問方式打開的話，獨占鎖的請求會失敗。

結(jié)構(gòu)體flock的指針：
struct flcok 
{ 
short int l_type; /* 鎖定的狀態(tài)*/

//以下的三個參數(shù)用于分段對文件加鎖，若對整個文件加鎖，則：l_whence=SEEK_SET, l_start=0, l_len=0
short int l_whence; /*決定l_start位置*/ 
off_t l_start; /*鎖定區(qū)域的開頭位置*/ 
off_t l_len; /*鎖定區(qū)域的大小*/

pid_t l_pid; /*鎖定動作的進程*/ 
};

l_type 有三種狀態(tài)： 
F_RDLCK   建立一個供讀取用的鎖定 
F_WRLCK   建立一個供寫入用的鎖定 
F_UNLCK   刪除之前建立的鎖定

l_whence 也有三種方式： 
SEEK_SET   以文件開頭為鎖定的起始位置 
SEEK_CUR   以目前文件讀寫位置為鎖定的起始位置 
SEEK_END   以文件結(jié)尾為鎖定的起始位置

fcntl文件鎖有兩種類型：建議性鎖和強制性鎖
建議性鎖是這樣規(guī)定的：每個使用上鎖文件的進程都要檢查是否有鎖存在，當(dāng)然還得尊重已有的鎖。內(nèi)核和系統(tǒng)總體上都堅持不使用建議性鎖，它們依靠程序員遵守這個規(guī)定。
強制性鎖是由內(nèi)核執(zhí)行的：當(dāng)文件被上鎖來進行寫入操作時，在鎖定該文件的進程釋放該鎖之前，內(nèi)核會阻止任何對該文件的讀或?qū)懺L問，每次讀或?qū)懺L問都得檢查鎖是否存在。

系統(tǒng)默認fcntl都是建議性鎖，強制性鎖是非POSIX標(biāo)準(zhǔn)的。如果要使用強制性鎖，要使整個系統(tǒng)可以使用強制性鎖，那么得需要重新掛載文件系統(tǒng)，mount使用參數(shù) -0 mand 打開強制性鎖，或者關(guān)閉已加鎖文件的組執(zhí)行權(quán)限并且打開該文件的set-GID權(quán)限位。
建議性鎖只在cooperating processes之間才有用。對cooperating process的理解是最重要的，它指的是會影響其它進程的進程或被別的進程所影響的進程，舉兩個例子：
(1) 我們可以同時在兩個窗口中運行同一個命令，對同一個文件進行操作，那么這兩個進程就是cooperating  processes
(2) cat file | sort，那么cat和sort產(chǎn)生的進程就是使用了pipe的cooperating processes

使用fcntl文件鎖進行I/O操作必須小心：進程在開始任何I/O操作前如何去處理鎖，在對文件解鎖前如何完成所有的操作，是必須考慮的。如果在設(shè)置鎖之前打開文件，或者讀取該鎖之后關(guān)閉文件，另一個進程就可能在上鎖/解鎖操作和打開/關(guān)閉操作之間的幾分之一秒內(nèi)訪問該文件。當(dāng)一個進程對文件加鎖后，無論它是否釋放所加的鎖，只要文件關(guān)閉，內(nèi)核都會自動釋放加在文件上的建議性鎖(這也是建議性鎖和強制性鎖的最大區(qū)別)，所以不要想設(shè)置建議性鎖來達到永久不讓別的進程訪問文件的目的(強制性鎖才可以)；強制性鎖則對所有進程起作用。

fcntl使用三個參數(shù) F_SETLK/F_SETLKW， F_UNLCK和F_GETLK 來分別要求、釋放、測試record locks。record locks是對文件一部分而不是整個文件的鎖，這種細致的控制使得進程更好地協(xié)作以共享文件資源。fcntl能夠用于讀取鎖和寫入鎖，read lock也叫shared lock(共享鎖)， 因為多個cooperating process能夠在文件的同一部分建立讀取鎖；write lock被稱為exclusive lock(排斥鎖)，因為任何時刻只能有一個cooperating process在文件的某部分上建立寫入鎖。如果cooperating processes對文件進行操作，那么它們可以同時對文件加read lock，在一個cooperating process加write lock之前，必須釋放別的cooperating process加在該文件的read lock和wrtie lock，也就是說，對于文件只能有一個write lock存在，read lock和wrtie lock不能共存。