Linux 系統程式設計的技巧：使用 fcntl() 實作讀寫鎖
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- 2024-02-13 16:03:24871瀏覽
讀寫鎖是一種常用的同步機制，它可以讓多個行程或執行緒對同一個資源進行並發的讀取操作，或是互斥的寫入操作，從而提高系統的效率和安全性。在 Linux 系統程式設計中，有多種方法可以實作讀寫鎖，例如使用 pthread 函式庫、使用檔案鎖等。本文將為你介紹一種使用 fcntl() 系統呼叫實作讀寫鎖的方法，以及它的原理、用法和優缺點，讓你在 Linux 系統程式設計中更好地使用和理解這個技巧。
#在多進程對同一個檔案進行讀寫存取時，為了確保資料的完整性，有事需要對檔案進行鎖定。可以透過fcntl()函數對檔案進行鎖定和解鎖。
\1. fcntl
1.1.功能描述：根據文件描述詞來操作文件的特性。
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：檔案描述詞。
cmd：操作指令。
arg：供指令使用的參數，是否需要arg參數跟cmd指令有關。
lock：鎖定資訊。
2.讀寫鎖定實例
新建兩個文件，原始碼如下2.1、2.2所示。
2.1.為檔案加讀鎖定
#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必須初始化，且lock_1.l_type必須設定為對應的鎖，才能確定能否加鎖成功，及不成功的原因。
2、GETLK時，fcntl先偵測有沒有能阻止本次加鎖的鎖，如果有，則覆寫flock結構體（lock_1）的資訊。如果沒有，則置lock_1.l_type 的類型為F_UNLCK。
*/
對於寫鎖（F_WRLCK 獨佔鎖），只有一個程序可以在檔案的任一特定區域上享有獨佔鎖。
對於讀鎖(F_RDLCK 共用鎖定)，許多不同的程序可以同時擁有檔案上同一區域上的共用鎖定。為了擁有共享鎖，文件必須以讀取或讀取/寫入的方式開啟。只要任一進程擁有共享鎖，那麼其他進程就無法再獲得獨佔鎖。
分別編譯執行：
3.先執行讀鎖，再執行寫入鎖定。結果如下：
#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
寫入鎖定設定成功
可以看出，當檔案被讀鎖定佔用時，無法新增寫入鎖定（獨佔鎖定）
4.先運行寫鎖，再運行讀鎖的話，結果如下：
liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./writelock.out
進程pid: 16349
寫入鎖定設定成功
liu@ubuntu:~/learn/lrn_linux$ ./readlock.out
進程pid: 16350
fcntl fail : Resource temporarily unavailable
所以，加鎖是成功的。
透過本文，你應該對 Linux 系統程式設計中使用 fcntl() 實作讀寫鎖的方法有了一個基本的了解，知道了它的原理、用法和優缺點。你也應該明白了使用 fcntl() 實作讀寫鎖的目的和影響，以及如何在 Linux 系統程式設計中正確地使用和配置 fcntl()。我們建議你在需要實現讀寫鎖的場景中，使用 fcntl() 來實現你的目標。同時，我們也提醒你在使用 fcntl() 時要注意一些潛在的問題和挑戰，如相容性、可移植性、效能等。希望這篇文章能幫助你更好地使用 Linux 系統編程，讓你在 Linux 下掌握 fcntl() 的技巧和優勢。
以上是Linux 系統程式設計的技巧：使用 fcntl() 實作讀寫鎖的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！