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：
Linux 安全审计工具，检查 SSH 配置、开放/监听端口、防火墙规则（ufw/iptables/nftables）、失败登录尝试、sudoers 权限...
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。
