Linux 系统编程的一种技巧：使用 fcntl() 实现读写锁

读写锁是一种常用的同步机制，它可以让多个进程或者线程对同一个资源进行并发的读操作，或者互斥的写操作，从而提高系统的效率和安全性。在 Linux 系统编程中，有多种方法可以实现读写锁，如使用 pthread 库、使用文件锁等。本文将为你介绍一种使用 fcntl() 系统调用实现读写锁的方法，以及它的原理、用法和优缺点，让你在 Linux 系统编程中更好地使用和理解这种技巧。

在多进程对同一个文件进行读写访问时，为了保证数据的完整性，有事需要对文件进行锁定。可以通过fcntl()函数对文件进行锁定和解锁。

\1. fcntl

1.1.功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。

1.2.用法：

int fcntl(int fd, int cmd);

int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

fd：文件描述词。

cmd：操作命令。

arg：供命令使用的参数，是否需要arg参数跟cmd命令有关。

lock：锁信息。

2.读写锁实例

新建两个文件，源码如下2.1、2.2所示。

2.1.给文件加读锁

#include 

\#include 

\#include 

\#include 

\#include 

int main(int argc, const char * argv [ ])

{

int fd = open("test.c", O_RDONLY);

if (fd == -1)

{

perror("open failed:");

return -1;

}

struct stat sta;

fstat(fd,&sta);

struct flock lock;  

lock.l_len = sta.st_size;

lock.l_pid = getpid();

lock.l_start = 0;

lock.l_type = F_RDLCK;

lock.l_whence = SEEK_SET;

printf("进程pid: %d\n",lock.l_pid);

if(fcntl(fd,F_SETLK,&lock) == -1)

{

perror("fcntl fail ");

return -1;

}

else

{

printf("add read lock success!\n");

}

sleep(10);

close(fd);

return 0;

}

2.2.给文件加写锁

\#include 

\#include 

\#include 

\#include 

\#include 

int main(int argc, const char * argv [ ])

{

int fd = open("test.c", O_WRONLY);

if (fd == -1)

{

perror("open failed:");

return -1;

}

struct stat sta;

fstat(fd,&sta);

struct flock lock;  

lock.l_len = sta.st_size;

lock.l_pid = getpid();

lock.l_start = 0;

lock.l_type = F_WRLCK;

lock.l_whence = SEEK_SET;

printf("进程pid: %d\n",lock.l_pid);

while(fcntl(fd,F_SETLK,&lock) == -1 )

{

perror("fcntl:");

sleep(1);

struct flock lock_1;

lock_1 = lock;

lock_1.l_type = F_WRLCK;  //

fcntl(fd,F_GETLK,&lock_1);//获取文件锁状态，及加锁（lock_1.l_type）能否成功

switch(lock_1.l_type)

{

case F_RDLCK:

printf("检测到读锁 pid = %d \n",lock_1.l_pid);

break;

case F_WRLCK:

printf("检测到写锁 pid = %d \n",lock_1.l_pid);

break;

case F_UNLCK:

printf("检测到已解锁.pid = %d \n",lock_1.l_pid);

}

}

printf("写锁设置成功\n");

getchar();

close(fd);

return 0;

}

/*

注意：

1、fcntl(fd,F_GETLK,&lock_1)中的lock_1必须进行初始化，并且lock_1.l_type必须设置为相应的锁，才能确定能否加锁成功，及不成功的原因。

2、GETLK时，fcntl先检测有没有能阻止本次加锁的锁，如果有，则覆盖flock结构体（lock_1）的信息。如果没有，则置lock_1.l_type 的类型为F_UNLCK。

*/

对于写锁（F_WRLCK 独占锁），只有一个进程可以在文件的任一特定区域上享有独占锁。

对于读锁(F_RDLCK 共享锁)，许多不同的进程可以同时拥有文件上同一区域上的共享锁。为了拥有共享锁，文件必须以读或者读/写的方式打开。只要任一进程拥有共享锁，那么其他进程就无法再获得独占锁。

分别编译执行：

3.先执行读锁，再执行写锁。结果如下：

liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./readlock.out 

进程pid: 16458

add read lock success!

liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./writelock.out 

进程pid: 16459

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到读锁 pid = 16458 

fcntl:: Resource temporarily unavailable

检测到已解锁.pid = 16459 

写锁设置成功

可以看出，当文件被读锁占用时，无法添加写锁（独占锁）

4.先运行写锁，再运行读锁的话，结果如下：

liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./writelock.out 

进程pid: 16349

写锁设置成功

liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./readlock.out 

进程pid: 16350

fcntl fail : Resource temporarily unavailable

所以，加锁是成功的。

通过本文，你应该对 Linux 系统编程中使用 fcntl() 实现读写锁的方法有了一个基本的了解，知道了它的原理、用法和优缺点。你也应该明白了使用 fcntl() 实现读写锁的目的和影响，以及如何在 Linux 系统编程中正确地使用和配置 fcntl()。我们建议你在需要实现读写锁的场景中，使用 fcntl() 来实现你的目标。同时，我们也提醒你在使用 fcntl() 时要注意一些潜在的问题和挑战，如兼容性、可移植性、性能等。希望本文能够帮助你更好地使用 Linux 系统编程，让你在 Linux 下掌握 fcntl() 的技巧和优势。

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