Linux fcntl函数详解

功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。

文件控制函数 fcntl -- file control

头文件：

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

函数原型：

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()针对(文件)描述符提供控制.参数fd是被参数cmd操作(如下面的描述)的描述符.

　　　　针对cmd的值,fcntl能够接受第三个参数（arg）

fcntl函数有5种功能：

　　　　 1.复制一个现有的描述符（cmd=F_DUPFD）.

　　　　 2.获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD).

　　　　 3.获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL).

　　　　 4.获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).

　　　　 5.获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW).

cmd选项：

F_DUPFD返回一个如下描述的(文件)描述符:

　　　　 （1）最小的大于或等于arg的一个可用的描述符

　　　　 （2）与原始操作符一样的某对象的引用

　　　　 （3）如果对象是文件(file)的话,返回一个新的描述符,这个描述符与arg共享相同的偏移量(offset)

　　　　 （4）相同的访问模式(读,写或读/写)

　　　　 （5）相同的文件状态标志(如:两个文件描述符共享相同的状态标志)

　　　　 （6）与新的文件描述符结合在一起的close-on-exec标志被设置成交叉式访问execve(2)的系统调用

F_GETFD取得与文件描述符fd联合close-on-exec标志,类似FD_CLOEXEC.如果返回值和FD_CLOEXEC进行与运算结果是0的话,文件保持交叉式访问exec(),否则如果通过exec运行的话,文件将被关闭(arg被忽略)

F_SETFD设置close-on-exec旗标。该旗标以参数arg的FD_CLOEXEC位决定。

F_GETFL取得fd的文件状态标志,如同下面的描述一样(arg被忽略)

F_SETFL设置给arg描述符状态标志,可以更改的几个标志是：O_APPEND，O_NONBLOCK，O_SYNC和O_ASYNC。

F_GETOWN取得当前正在接收SIGIO或者SIGURG信号的进程id或进程组id,进程组id返回成负值(arg被忽略)

F_SETOWN设置将接收SIGIO和SIGURG信号的进程id或进程组id,进程组id通过提供负值的arg来说明,否则,arg将被认为是进程id

命令字(cmd)F_GETFL和F_SETFL的标志如下面的描述：

O_NONBLOCK非阻塞I/O;如果read(2)调用没有可读取的数据,或者如果write(2)操作将阻塞,read或write调用返回-1和EAGAIN错误

O_APPEND 强制每次写(write)操作都添加在文件大的末尾,相当于open(2)的O_APPEND标志

O_DIRECT最小化或去掉reading和writing的缓存影响.系统将企图避免缓存你的读或写的数据.

如果不能够避免缓存,那么它将最小化已经被缓存了的数 据造成的影响.如果这个标志用的不够好,将大大的降低性能

O_ASYNC当I/O可用的时候,允许SIGIO信号发送到进程组,例如:当有数据可以读的时候

注意： 在修改文件描述符标志或文件状态标志时必须谨慎，先要取得现在的标志值，然后按照希望修改它，最后设置新标志值。不能只是执行F_SETFD或F_SETFL命令，这样会关闭以前设置的标志位。

fcntl的返回值：与命令有关。如果出错，所有命令都返回－1，如果成功则返回某个其他值。下列三个命令有特定返回值：F_DUPFD,F_GETFD,F_GETFL以及F_GETOWN。第一个返回新的文件描述符，第二个返回相应标志，最后一个返回一个正的进程ID或负的进程组ID。

一：第一种类似于dup操作，在这里不做举例。（fcnlt(oldfd, F_DUPFD, 0) <==>dup2(oldfd, newfd)）

二：设置close-on-exec旗标

在此函数中创建子进程，调用execl

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <string.h>
 4 
 5 int main()
 6 {
 7     pid_t pid;
 8     //以追加的形式打开文件
 9     int fd = fd = open("test.txt", O_TRUNC | O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT, 0777);
10     if(fd < 0)
11     {
12         perror("open");
13         return -1;
14     }
15     printf("fd = %d\n", fd);
16     
17     fcntl(fd, F_SETFD, 0);//关闭fd的close-on-exec标志
18 
19     write(fd, "hello c program\n", strlen("hello c program!\n"));
20 
21     pid = fork();
22     if(pid < 0)
23     {
24             perror("fork");
25             return -1;
26     }
27     if(pid == 0)
28     {
29         printf("fd = %d\n", fd);
30         
31         int ret = execl("./main", "./main", (char *)&fd, NULL);
32         if(ret < 0)
33         {
34             perror("execl");
35             exit(-1);
36         }
37         exit(0);
38     }
39 
40     wait(NULL);
41 
42     write(fd, "hello c++ program!\n", strlen("hello c++ program!\n"));
43 
44     close(fd);
45 
46     return 0;
47 }

main测试函数

 1 int main(int argc, char *argv[])
 2 {
 3     int fd = (int)(*argv[1]);//描述符
 4     
 5     printf("fd = %d\n", fd);
 6 
 7     int ret = write(fd, "hello linux\n", strlen("hello linux\n"));
 8     if(ret < 0)
 9     {
10         perror("write");
11         return -1;
12     }
13 
14     close(fd);
15 
16     return 0;
17 }

执行后文件结果：

[root@centOS5 class_2]# cat test.txt

hello c program

hello linux

hello c++ program!

三：用命令F_GETFL和F_SETFL设置文件标志，比如阻塞与非阻塞

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/types.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 #include <sys/stat.h>
 5 #include <fcntl.h>
 6 #include <string.h>
 7 
 8 /**********************使能非阻塞I/O********************
 9 *int flags;
10 *if(flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0) < 0)
11 *{
12 *    perror("fcntl");
13 *    return -1;
14 *}
15 *flags |= O_NONBLOCK;
16 *if(fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0)
17 *{
18 *    perror("fcntl");
19 *    return -1;
20 *}
21 *******************************************************/
22 
23 /**********************关闭非阻塞I/O******************
24 flags &= ~O_NONBLOCK;
25 if(fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0)
26 {
27     perror("fcntl");
28     return -1;
29 }
30 *******************************************************/
31 
32 int main()
33 {
34     char buf[10] = {0};
35     int ret;
36     int flags;
37     
38     //使用非阻塞io
39     if(flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0) < 0)
40     {
41         perror("fcntl");
42         return -1;
43     }
44     flags |= O_NONBLOCK;
45     if(fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flags) < 0)
46     {
47         perror("fcntl");
48         return -1;
49     }
50 
51     while(1)
52     {
53         sleep(2);
54         ret = read(STDIN_FILENO, buf, 9);
55         if(ret == 0)
56         {
57             perror("read--no");
58         }
59         else
60         {
61             printf("read = %d\n", ret);
62         }
63         
64         write(STDOUT_FILENO, buf, 10);
65         memset(buf, 0, 10);
66     }
67 
68     return 0;
69 }

四：设置异步IO还没想好以后实现（呵呵呵。。。。。）

五：设置获取记录锁

结构体flock的指针：

struct flcok
{
　　 short int l_type; /* 锁定的状态*/
　　　　//这三个参数用于分段对文件加锁，若对整个文件加锁，则：l_whence=SEEK_SET,l_start=0,l_len=0;
　　 short int l_whence;/*决定l_start位置*/
　　 off_t l_start; /*锁定区域的开头位置*/
　　 off_t l_len; /*锁定区域的大小*/
　　 pid_t l_pid; /*锁定动作的进程*/
};

l_type有三种状态:

　　 F_RDLCK建立一个供读取用的锁定

　　 F_WRLCK建立一个供写入用的锁定

　　 F_UNLCK删除之前建立的锁定

l_whence也有三种方式:

　　 SEEK_SET以文件开头为锁定的起始位置。

　　 SEEK_CUR以目前文件读写位置为锁定的起始位置

　　 SEEK_END以文件结尾为锁定的起始位置。

 1 #include "filelock.h"
 2 
 3 /* 设置一把读锁 */
 4 int readLock(int fd, short start, short whence, short len) 
 5 {
 6     struct flock lock;
 7     lock.l_type = F_RDLCK;
 8     lock.l_start = start;
 9     lock.l_whence = whence;//SEEK_CUR,SEEK_SET,SEEK_END
10     lock.l_len = len;
11     lock.l_pid = getpid();
12 //  阻塞方式加锁
13     if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == 0)
14         return 1;
15     
16     return 0;
17 }
18 
19 /* 设置一把读锁 , 不等待 */
20 int readLocknw(int fd, short start, short whence, short len) 
21 {
22     struct flock lock;
23     lock.l_type = F_RDLCK;
24     lock.l_start = start;
25     lock.l_whence = whence;//SEEK_CUR,SEEK_SET,SEEK_END
26     lock.l_len = len;
27     lock.l_pid = getpid();
28 //  非阻塞方式加锁
29     if(fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)
30         return 1;
31     
32     return 0;
33 }
34 /* 设置一把写锁 */
35 int writeLock(int fd, short start, short whence, short len) 
36 {
37     struct flock lock;
38     lock.l_type = F_WRLCK;
39     lock.l_start = start;
40     lock.l_whence = whence;
41     lock.l_len = len;
42     lock.l_pid = getpid();
43 
44     //阻塞方式加锁
45     if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == 0)
46         return 1;
47     
48     return 0;
49 }
50 
51 /* 设置一把写锁 */
52 int writeLocknw(int fd, short start, short whence, short len) 
53 {
54     struct flock lock;
55     lock.l_type = F_WRLCK;
56     lock.l_start = start;
57     lock.l_whence = whence;
58     lock.l_len = len;
59     lock.l_pid = getpid();
60 
61     //非阻塞方式加锁
62     if(fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)
63         return 1;
64     
65     return 0;
66 }
67 
68 /* 解锁 */
69 int unlock(int fd, short start, short whence, short len) 
70 {
71     struct flock lock;
72     lock.l_type = F_UNLCK;
73     lock.l_start = start;
74     lock.l_whence = whence;
75     lock.l_len = len;
76     lock.l_pid = getpid();
77 
78     if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == 0)
79         return 1;
80 
81     return 0;
82 }