Linux进程同步之记录锁（fcntl）

记录锁相当于线程同步中读写锁的一种扩展类型，可以用来对有亲缘或无亲缘关系的进程进行文件读与写的同步，通过fcntl函数来执行上锁操作。尽管读写锁也可以通过在共享内存区来进行进程的同步，但是fcntl记录上锁往往更容易使用，且效率更高。

记录锁的功能：当一个进程正在读或修改文件的某个部分是，它可以阻止其他进程修改同一文件区。对于这个功能阐述我认为有三点要解释的：

• 记录锁不仅仅可以用来同步不同进程对同一文件的操作，还可以通过对同一文件加记录锁，来同步不同进程对某一共享资源的访问，如共享内存，I/O设备。
• 对于劝告性上锁（POSIX定义的记录锁即是这种类型的锁），当一个进程通过上锁对文件进行操作时，它不能阻止另一个非协作进程对该文件的修改。
• 即使是强制性上锁（有些系统定义），也不能完全保证该文件不会被另一个进程修改。因为强制性锁对unlink函数没有影响，所以一个进程可以先删除该文件，然后再将修改后的内容保存为同一文件来实现修改。具体可参考《APUE》P367 。

1记录锁函数接口

记录上锁的POSIX接口函数fcntl如下：

/* Do the file control operation described by CMD on FD.
   The remaining arguments are interpreted depending on CMD. */
int fcntl (int __fd, int __cmd, ...);

//根据cmd的不同有以下三种类型的调用
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

由函数名称可知fcntl的功能是对文件的控制操作，根据传入不同的操作类型命令cmd，fcntl会执行不同的操作，fcnt根据cmd不同，接收可变的参数。具体有以下五种类型的操作：

/*
cmd = F_DUPFD，复制一个文件描述符；
*/
int fcntl(int fd, int cmd);

/*
cmd = F_GETFD，获得文件描述符标志；
cmd = F_SETFD，设置文件描述符标志；arg = 描述符标志的值，目前只定义了一个标志： FD_CLOEXEC
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
*/

/*
cmd = F_GETFL，获得文件状态标志；
cmd = F_SETFL，设置文件状态标志；arg = 状态标志的值
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
*/

/*
cmd = F_GETOWN，获得当前接收SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID
cmd = F_SETOWN，设置接收SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID；arg = 进程ID或进程组ID
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
*/

/*
Return value:

对于成功的调用，根据操作类型cmd不同，有以下几种情况：
       F_DUPFD  返回新的文件描述符
       F_GETFD  返回文件描述符标志
       F_GETFL  返回文件状态标志
       F_GETOWN 进程ID或进程组ID
       All other commands  返回0
调用失败， 返回-1，并设置errno。
*/

上面四个功能都是fcntl提供的很常用的操作，关于记录锁的功能就是fcntl提供的第五个功能，具体使用如下：

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

/*
cmd = F_GETLK，测试能否建立一把锁
cmd = F_SETLK，设置锁
cmd = F_SETLKW， 阻塞设置一把锁

*/
//POSIX只定义fock结构中必须有以下的数据成员，具体实现可以增加
struct flock {
      short l_type;    /* 锁的类型: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
      short l_whence;  /* 加锁的起始位置:SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
      off_t l_start;   /* 加锁的起始偏移，相对于l_whence */
      off_t l_len;     /* 上锁的字节数，如果为0，表示从偏移处一直到文件的末尾*/
      pid_t l_pid;     /* 已经占用锁的PID(只对F_GETLK 命令有效) */
      /*...*/
};
//Return value: 前面已经说明；