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  linux文件I/O用:open、read、write、lseek以及close函数实现了文件的打开、读写等基本操作。fcntl函数可以根据文件描述词来操作文件。

  用法:

  intfcntl(intfd,intcmd);

  intfcntl(intfd,intcmd,longarg);

  intfcntl(intfd,intcmd,structflock*lock);

  参数:

  fd:文件描述词。

  cmd:操作命令。

  arg:供命令使用的参数。

  lock:同上。

  有以下操作命令可供使用

  1.F_DUPFD:复制文件描述词。

  2.FD_CLOEXEC:设置close-on-exec标志。如果FD_CLOEXEC位是0,执行execve的过程中,文件保持打开。反之则关闭。

  3.F_GETFD:读取文件描述词标志。

  4.F_SETFD:设置文件描述词标志。

  5.F_GETFL:读取文件状态标志。

  6.F_SETFL:设置文件状态标志。

  其中O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR,O_CREAT,O_EXCL,O_NOCTTY和O_TRUNC不受影响,

  可以更改的标志有O_APPEND,O_ASYNC,O_DIRECT,O_NOATIME和O_NONBLOCK。

  7.F_GETLK,F_SETLK和F_SETLKW:获取,释放或测试记录锁,使用到的参数是以下结构体指针:

  F_SETLK:在指定的字节范围获取锁(F_RDLCK,F_WRLCK)或者释放锁(F_UNLCK)。如果与另一个进程的锁操作发生冲突,返回-1并将errno设置为EACCES或EAGAIN。

  F_SETLKW:行为如同F_SETLK,除了不能获取锁时会睡眠等待外。如果在等待的过程中接收到信号,会立即返回并将errno置为EINTR。

  F_GETLK:获取文件锁信息。

  F_UNLCK:释放文件锁。

  为了设置读锁,文件必须以读的方式打开。为了设置写锁,文件必须以写的方式打开。为了设置读写锁,文件必须以读写的方式打开。

  8.信号管理

  F_GETOWN,F_SETOWN,F_GETSIG和F_SETSIG被用于IO可获取的信号。

  F_GETOWN:获取当前在文件描述词fd上接收到SIGIO或SIGURG事件信号的进程或进程组标识。

  F_SETOWN:设置将要在文件描述词fd上接收SIGIO或SIGURG事件信号的进程或进程组标识。

  F_GETSIG:获取标识输入输出可进行的信号。

  F_SETSIG:设置标识输入输出可进行的信号。

  使用以上命令,大部分时间程序无须使用select()或poll()即可实现完整的异步I/O。

  9.租约(Leases)

  F_SETLEASE和F_GETLEASE被用于当前进程在文件上的租约。文件租约提供当一个进程试图打开或折断文件内容时,拥有文件租约的进程将会被通告的机制。

  F_SETLEASE:根据以下符号值设置或者删除文件租约

  F_RDLCK设置读租约,当文件由另一个进程以写的方式打开或折断内容时,拥有租约的当前进程会被通告。

  F_WRLCK设置写租约,当文件由另一个进程以读或以写的方式打开或折断内容时,拥有租约的当前进程会被通告。

  F_UNLCK删除文件租约。

  F_GETLEASE:获取租约类型。

  10.文件或目录改变通告

  (linux2.4以上)当fd索引的目录或目录中所包含的某一文件发生变化时,将会向进程发出通告。arg参数指定的通告事件有以下,两个或多个值可以通过或运算组合。

  1.DN_ACCESS文件被访问(read,pread,readv)

  2.DN_MODIFY文件被修改(write,pwrite,writev,truncate,ftruncate)

  3.DN_CREATE文件被建立(open,creat,mknod,mkdir,link,symlink,rename)

  4.DN_DELETE文件被删除(unlink,rmdir)

  5.DN_RENAME文件被重命名(rename)

  6.DN_ATTRIB文件属性被改变(chown,chmod,utime)

  返回说明:

  成功执行时,对于不同的操作,有不同的返回值

  F_DUPFD:新文件描述词

  F_GETFD:标志值

  F_GETFL:标志值

  F_GETOWN:文件描述词属主

  F_GETSIG:读写变得可行时将要发送的通告信号,或者0对于传统的SIGIO行为

  对于其它命令返回0。

  失败返回-1,errno被设为以下的某个值

  EACCES/EAGAIN:操作不被允许,尚未可行

  EBADF:文件描述词无效

  EDEADLK:探测到可能会发生死锁

  EFAULT:锁操作发生在可访问的地址空间外

  EINTR:操作被信号中断

  EINVAL:参数无效

  EMFILE:进程已超出文件的最大可使用范围

  ENOLCK:锁已被用尽

  EPERM:权能不允许

  在文件已经共享的情况下如何操作,也就是当多个用户共同使用、操作一个文件时,Linux通常采用的方法是给文件上锁,来避免共享的资源产生竞争的状态。

  文件锁包括建议性锁和强制性锁。

  建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存,并且尊重已有的锁。在一般情况下,内核和系统都不使用建议性锁。强制性锁是由内核执行的锁,当一个文件被上锁进行写入操作的时候,内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作。采用强制性锁对性能的影响很大,每次读写操作都必须检查是否有锁存在。

  在Linux中,实现文件上锁的函数有lock和fcntl,其中flock用于对文件施加建议性锁,而fcntl不仅可以施加建议性锁,还可以施加强制锁。同时,fcntl还能对文件的某一记录进行上锁,也就是记录锁。

  记录锁又可分为读取锁和写入锁,其中读取锁又称为共享锁,它能够使多个进程都能在文件的同一部分建立读取锁。而写入锁又称为排斥锁,在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分上建立写入锁。当然,在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。

  注意:

  fcntl是一个非常通用的函数,它还可以改变文件进程各方面的属性,在本节中,主要介绍它建立记录锁的方法,关于它其他用户感兴趣的读者可以参看fcntl手册。

  下面首先给出了使用fcntl函数的文件记录锁函数。在该函数中,首先给flock结构体的对应位赋予相应的值。接着使用两次fcntl函数分别用于给相关文件上锁和判断文件是否可以上锁,这里用到的cmd值分别为F_SETLK和F_GETLK。

  这个函数的源代码如下所示:

  /*lock_set函数*/

  voidlock_set(intfd,inttype)

  {

  structflocklock;

  lock.l_whence=SEEK_SET;//赋值lock结构体

  lock.l_start=0;

  lock.l_len=0;

  while(1){

  lock.l_type=type;

  /*根据不同的type值给文件上锁或解锁*/

  if((fcntl(fd,F_SETLK,&lock))==0){

  if(lock.l_type==F_RDLCK)

  printf("readlocksetby%d\n",getpid());

  elseif(lock.l_type==F_WRLCK)

  printf("writelocksetby%d\n",getpid());

  elseif(lock.l_type==F_UNLCK)

  printf("releaselockby%d\n",getpid());

  return;

  }

  /*判断文件是否可以上锁*/

  fcntl(fd,F_GETLK,&lock);

  /*判断文件不能上锁的原因*/

  if(lock.l_type!=F_UNLCK){

  /*/该文件已有写入锁*/

  if(lock.l_type==F_RDLCK)

  printf("readlockalreadysetby%d\n",lock.l_pid);

  /*该文件已有读取锁*/

  elseif(lock.l_type==F_WRLCK)

  printf("writelockalreadysetby%d\n",lock.l_pid);

  getchar();

  }

  }

  }

  下面的实例是测试文件的写入锁,这里首先创建了一个hello文件,之后对其上写入锁,最后释放写入锁。代码如下所示:

  /*fcntl_write.c测试文件写入锁主函数部分*/

  #include<unistd.h>

  #include<sys/file.h>

  #include<sys/types.h>

  #include<sys/stat.h>

  #include<stdio.h>

  #include<stdlib.h>

  intmain(void)

  {

  intfd;

  /*首先打开文件*/

  fd=open("hello",O_RDWR|O_CREAT,0666);

  if(fd<0){

  perror("open");

  exit(1);

  }

  /*给文件上写入锁*/

  lock_set(fd,F_WRLCK);

  getchar();

  /*给文件接锁*/

  lock_set(fd,F_UNLCK);

  getchar();

  close(fd);

  exit(0);

  }

  接下来的程序是测试文件的读取锁,原理同上面的程序一样。

  /*fcntl_read.c测试文件读取锁主函数部分*/

  #include<unistd.h>

  #include<sys/file.h>

  #include<sys/types.h>

  #include<sys/stat.h>

  #include<stdio.h>

  #include<stdlib.h>

  intmain(void)

  {

  intfd;

  fd=open("hello",O_RDWR|O_CREAT,0666);

  if(fd<0){

  perror("open");

  exit(1);

  }

  /*给文件上读取锁*/

  lock_set(fd,F_RDLCK);

  getchar();

  /*给文件接锁*/

  lock_set(fd,F_UNLCK);

  getchar();

  close(fd);

  exit(0);

  }
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