這三個函式的作用都是給檔案加鎖，那它們有什麼區別呢？首先flock和fcntl是系統呼叫，而lockf是庫函式。lockf實際上是fcntl的封裝，所以lockf和fcntl的底層實現是一樣的，對檔案加鎖的效果也是一樣的。後面分析不同點時大多數情況是將fcntl和lockf放在一起的。下面首先看每個函式的使用，從使用的方式和效果來看各個函式的區別。
1. flock
- 函式原型
int flock(int fd, int operation); // Apply or remove an advisory lock on the open file specified by fd，只是建議性鎖
其中fd是系統呼叫open返回的檔案描述符，operation的選項有：
- LOCK_SH ：共享鎖
- LOCK_EX ：排他鎖或者獨佔鎖
- LOCK_UN : 解鎖。
- LOCK_NB：非阻塞（與以上三種操作一起使用）
關於flock函式，首先要知道flock函式只能對整個檔案上鎖，而不能對檔案的某一部分上鎖，這是於fcntl/lockf的第一個重要區別，後者可以對檔案的某個區域上鎖。其次，flock只能產生勸告性鎖。我們知道，linux存在強制鎖（mandatory lock）和勸告鎖（advisory lock）。所謂強制鎖，比較好理解，就是你家大門上的那把鎖，最要命的是隻有一把鑰匙，只有一個程式可以操作。所謂勸告鎖，本質是一種協議，你訪問檔案前，先檢查鎖，這時候鎖才其作用，如果你不那麼kind，不管三七二十一，就要讀寫，那麼勸告鎖沒有任何的作用。而遵守協議，讀寫前先檢查鎖的那些程式，叫做合作程式。再次，flock和fcntl/lockf的區別主要在fork和dup。
(1) flock建立的鎖是和檔案開啟表項（struct file）相關聯的，而不是fd。這就意味著複製檔案fd（通過fork或者dup）後，那麼通過這兩個fd都可以操作這把鎖（例如通過一個fd加鎖，通過另一個fd可以釋放鎖），也就是說子程式繼承父程式的鎖。但是上鎖過程中關閉其中一個fd，鎖並不會釋放（因為file結構並沒有釋放），只有關閉所有複製出的fd，鎖才會釋放。測試程式入程式一。
- 程式一
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/file.h> int main (int argc, char ** argv) { int ret; int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR); int fd2 = dup(fd1); printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2); ret = flock(fd1,LOCK_EX); printf("get lock1, ret: %d\n", ret); ret = flock(fd2,LOCK_EX); printf("get lock2, ret: %d\n", ret); return 0; } |
執行結果如圖，對fd1上鎖，並不影響程式通過fd2上鎖。對於父子程式，參考程式二。
- 程式二
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/file.h> int main (int argc, char ** argv) { int ret; int pid; int fd = open("./tmp.txt",O_RDWR); if ((pid = fork()) == 0){ ret = flock(fd,LOCK_EX); printf("chile get lock, fd: %d, ret: %d\n",fd, ret); sleep(10); printf("chile exit\n"); exit(0); } ret = flock(fd,LOCK_EX); printf("parent get lock, fd: %d, ret: %d\n", fd, ret); printf("parent exit\n"); return 0; } |
執行結果如圖，子程式持有鎖，並不影響父程式通過相同的fd獲取鎖，反之亦然。
(2)使用open兩次開啟同一個檔案，得到的兩個fd是獨立的（因為底層對應兩個file物件），通過其中一個加鎖，通過另一個無法解鎖，並且在前一個解鎖前也無法上鎖。測試程式如程式三：
- 程式三
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/file.h> int main (int argc, char ** argv) { int ret; int fd1 = open("./tmp.txt",O_RDWR); int fd2 = open("./tmp.txt",O_RDWR); printf("fd1: %d, fd2: %d\n", fd1, fd2); ret = flock(fd1,LOCK_EX); printf("get lock1, ret: %d\n", ret); ret = flock(fd2,LOCK_EX); printf("get lock2, ret: %d\n", ret); return 0; } |
結果如圖，通過fd1獲取鎖後，無法再通過fd2獲取鎖。
(3) 使用exec後，檔案鎖的狀態不變。
(4) flock不能再NFS檔案系統上使用，如果要在NFS使用檔案鎖，請使用fcntl。
(5) flock鎖可遞迴，即通過dup或者或者fork產生的兩個fd，都可以加鎖而不會產生死鎖。
2. lockf與fcntl
- 函式原型
#include
int lockf(int fd, int cmd, off_t len);
fd為通過open返回的開啟檔案描述符。
cmd的取值為：
F_LOCK：給檔案互斥加鎖，若檔案以被加鎖，則會一直阻塞到鎖被釋放。
F_TLOCK：同F_LOCK，但若檔案已被加鎖，不會阻塞，而回返回錯誤。
F_ULOCK：解鎖。
F_TEST：測試檔案是否被上鎖，若檔案沒被上鎖則返回0，否則返回-1。
len：為從檔案當前位置的起始要鎖住的長度。
通過函式引數的功能，可以看出lockf只支援排他鎖，不支援共享鎖。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
#include #include int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ ); struct flock { ... short l_type;/* Type of lock: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */ short l_whence; /* How to interpret l_start: SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */ off_t l_start; /* Starting offset for lock */ off_t l_len; /* Number of bytes to lock */ pid_t l_pid; /* PID of process blocking our lock (F_GETLK only) */ ... }; |
檔案記錄加鎖相關的cmd 分三種：
F_SETLK：申請鎖（讀鎖F_RDLCK，寫鎖F_WRLCK）或者釋放所（F_UNLCK），但是如果kernel無法將鎖授予本程式（被其他程式搶了先，佔了鎖），不傻等，返回error。
F_SETLKW：和F_SETLK幾乎一樣，唯一的區別，這廝是個死心眼的主兒，申請不到，就傻等。
F_GETLK：這個介面是獲取鎖的相關資訊： 這個介面會修改我們傳入的struct flock。
通過函式引數功能可以看出fcntl是功能最強大的，它既支援共享鎖又支援排他鎖，即可以鎖住整個檔案，又能只鎖檔案的某一部分。
下面看fcntl/lockf的特性：
(1) 上鎖可遞迴，如果一個程式對一個檔案區間已經有一把鎖，後來程式又企圖在同一區間再加一把鎖，則新鎖將替換老鎖。
(2) 加讀鎖（共享鎖）檔案必須是讀開啟的，加寫鎖（排他鎖）檔案必須是寫開啟。
(3) 程式不能使用F_GETLK命令來測試它自己是否再檔案的某一部分持有一把鎖。F_GETLK命令定義說明，返回資訊指示是否現存的鎖阻止呼叫程式設定它自己的鎖。因為，F_SETLK和F_SETLKW命令總是替換程式的現有鎖，所以呼叫程式絕不會阻塞再自己持有的鎖上，於是F_GETLK命令絕不會報告呼叫程式自己持有的鎖。
(4) 程式終止時，他所建立的所有檔案鎖都會被釋放，隊醫flock也是一樣的。
(5) 任何時候關閉一個描述符時，則該程式通過這一描述符可以引用的檔案上的任何一把鎖都被釋放（這些鎖都是該程式設定的），這一點與flock不同。如：
|
1 2 3 4 |
fd1 = open(pathname, …); lockf(fd1, F_LOCK, 0); fd2 = dup(fd1); close(fd2); |
則在close(fd2)後，再fd1上設定的鎖會被釋放，如果將dup換為open，以開啟另一描述符上的同一檔案，則效果也一樣。
|
1 2 3 4 |
fd1 = open(pathname, …); lockf(fd1, F_LOCK, 0); fd2 = open(pathname, …); close(fd2); |
(6) 由fork產生的子程式不繼承父程式所設定的鎖，這點與flock也不同。
(7) 在執行exec後，新程式可以繼承原程式的鎖，這點和flock是相同的。（如果對fd設定了close-on-exec，則exec前會關閉fd，相應檔案的鎖也會被釋放）。
(8) 支援強制性鎖：對一個特定檔案開啟其設定組ID位(S_ISGID)，並關閉其組執行位(S_IXGRP)，則對該檔案開啟了強制性鎖機制。再Linux中如果要使用強制性鎖，則要在檔案系統mount時，使用_omand開啟該機制。
3. 兩種鎖的關係
那麼flock和lockf/fcntl所上的鎖有什麼關係呢？答案時互不影響。測試程式如下：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
#include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/file.h> int main(int argc, char **argv) { int fd, ret; int pid; fd = open("./tmp.txt", O_RDWR); ret = flock(fd, LOCK_EX); printf("flock return ret : %d\n", ret); ret = lockf(fd, F_LOCK, 0); printf("lockf return ret: %d\n", ret); sleep(100); return 0; } |
測試結果如下：
$./a.out
flock return ret : 0
lockf return ret: 0
可見flock的加鎖，並不影響lockf的加鎖。兩外我們可以通過/proc/locks檢視程式獲取鎖的狀態。
$ps aux | grep a.out | grep -v grep
123751 18849 0.0 0.0 11904 440 pts/5 S+ 01:09 0:00 ./a.out
$sudo cat /proc/locks | grep 18849
1: POSIX ADVISORY WRITE 18849 08:02:852674 0 EOF
2: FLOCK ADVISORY WRITE 18849 08:02:852674 0 EOF
我們可以看到/proc/locks下面有鎖的資訊：我現在分別敘述下含義：
1) POSIX FLOCK 這個比較明確，就是哪個型別的鎖。flock系統呼叫產生的是FLOCK，fcntl呼叫F_SETLK，F_SETLKW或者lockf產生的是POSIX型別，有次可見兩種呼叫產生的鎖的型別是不同的；
2) ADVISORY表明是勸告鎖；
3) WRITE顧名思義，是寫鎖，還有讀鎖；
4) 18849是持有鎖的程式ID。當然對於flock這種型別的鎖，會出現程式已經退出的狀況。
5) 08:02:852674表示的對應磁碟檔案的所在裝置的主裝置好，次裝置號，還有檔案對應的inode number。
6) 0表示的是所的其實位置
7) EOF表示的是結束位置。 這兩個欄位對fcntl型別比較有用，對flock來是總是0 和EOF。
打賞支援我寫出更多好文章，謝謝！
打賞作者
打賞支援我寫出更多好文章，謝謝！
