參考 linux中fcntl()、lockf、flock的區別
這三個函數的作用都是給文件加鎖，那它們有什么區別呢？
首先flock和fcntl是系統調用，而lockf是庫函數。lockf實際上是fcntl的封裝，所以lockf和fcntl的底層實現是一樣的，對文件加鎖的效果也是一樣的。后面分析不同點時大多數情況是將fcntl和lockf放在一起的。
下面首先看每個函數的使用，從使用的方式和效果來看各個函數的區別。
1. flock
l 函數原型
#include<sys/file.h>
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是系統調用open返回的文件描述符，operation的選項有：
LOCK_SH ：共享鎖
LOCK_EX ：排他鎖或者獨占鎖
LOCK_UN : 解鎖。
LOCK_NB：非阻塞（與以上三種操作一起使用）
關於flock函數，首先要知道flock函數只能對整個文件上鎖，而不能對文件的某一部分上鎖，這是於fcntl/lockf的第一個重要區別，后者可以對文件的某個區域上鎖。
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，最要命的是只有一把鑰匙，只有一個進程可以操作。所謂勸告鎖，本質是一種協議，你訪問文件前，先檢查鎖，這時候鎖才其作用，如果你不那么kind，不管三七二十一，就要讀寫，那么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進程，叫做合作進程。
再加上，flock可以有共享鎖和排它鎖，lockf只支持排它鎖，但是fcntl里面參數flock可以有RDLCK讀鎖。
再次，flock和fcntl/lockf的區別主要在fork和dup時候的區別，后面有講。
另外，flock不能再NFS文件系統上使用，如果要在NFS使用文件鎖，請使用fcntl。
然后，后面講了一堆fork和dup之后flock的表現。可以去看原文。
2. lockf與fcntl
l 函數原型
#include <unistd.h>
int lockf(int fd, int cmd, off_t len);
fd為通過open返回的打開文件描述符。
cmd的取值為：
F_LOCK：給文件互斥加鎖，若文件以被加鎖，則會一直阻塞到鎖被釋放。
F_TLOCK：同F_LOCK，但若文件已被加鎖，不會阻塞，而回返回錯誤。
F_ULOCK：解鎖。
F_TEST：測試文件是否被上鎖，若文件沒被上鎖則返回0，否則返回-1。
len：為從文件當前位置的起始要鎖住的長度。
通過函數參數的功能，可以看出lockf只支持排他鎖，不支持共享鎖。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );（用法：int ret = fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);）
其實的lock就是下面的數據結構：
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) */
...
};
文件記錄加鎖相關的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無法將鎖授予本進程（被其他進程搶了先，占了鎖），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：這個接口是獲取鎖的相關信息： 這個接口會修改我們傳入的struct flock。
通過函數參數功能可以看出fcntl是功能最強大的，它既支持共享鎖又支持排他鎖，即可以鎖住整個文件，又能只鎖文件的某一部分。
下面看fcntl/lockf的特性：
1. 可遞歸（同flock）
2. 加讀鎖（共享鎖）文件必須是讀打開的，加寫鎖（排他鎖）文件必須是寫打開。
3. 進程不能使用F_GETLK命令來測試它自己是否再文件的某一部分持有一把鎖。
4. 進程終止時，他所建立的所有文件鎖都會被釋放（同flock）。
5. 任何時候關閉一個描述符時，則該進程通過這一描述符可以引用的文件上的任何一把鎖都被釋放（這些鎖都是該進程設置的），這一點與flock不同。
fd1 = open(pathname, …); lockf(fd1, F_LOCK, 0); fd2 = dup(fd1); close(fd2); 則在close(fd2)后，再fd1上設置的鎖會被釋放，如果將dup換為open，以打開另一描述符上的同一文件，則效果也一樣。 fd1 = open(pathname, …); lockf(fd1, F_LOCK, 0); fd2 = open(pathname, …); close(fd2);
6. 由fork產生的子進程不繼承父進程所設置的鎖，這點與flock也不同。（因為flock創建的鎖是和文件打開表項（struct file）相關聯的，而不是fd，所以復制出了fd都可以操作這把鎖，所以子進程繼承了父進程的鎖。flock里面要關閉所有復制出的fd，鎖才會釋放）
7. 在執行exec后，新程序可以繼承原程序的鎖，這點和flock是相同的。（如果對fd設置了close-on-exec，則exec前會關閉fd，相應文件的鎖也會被釋放）。
8. 支持強制性鎖（跟flock不同）。下面會講。
3. 兩種鎖的關系
那么flock和lockf/fcntl所上的鎖有什么關系呢？答案時互不影響。測試程序如下：
#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查看進程獲取鎖的狀態。
$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下面有鎖的信息：我現在分別敘述下含義：
1) POSIX FLOCK 這個比較明確，就是哪個類型的鎖。flock系統調用產生的是FLOCK，fcntl調用F_SETLK，F_SETLKW或者lockf產生的是POSIX類型，可見兩種調用產生的鎖的類型是不同的；
2) ADVISORY表明是勸告鎖；
3) WRITE顧名思義，是寫鎖，還有讀鎖；
4) 18849是持有鎖的進程ID。當然對於flock這種類型的鎖，會出現進程已經退出的狀況。
5) 08:02:852674表示的對應磁盤文件的所在設備的主設備好，次設備號，還有文件對應的inode number。
6) 0表示的是所的其實位置
7) EOF表示的是結束位置。 這兩個字段對fcntl類型比較有用，對flock來是總是0 和EOF。
fcntl支持強制性鎖：對一個特定文件打開其設置組ID位(S_ISGID)，並關閉其組執行位(S_IXGRP)，則對該文件開啟了強制性鎖機制。再Linux中如果要使用強制性鎖，則要在文件系統mount時，使用-omand打開該機制。
見這篇文章：
http://blog.jobbole.com/16882/
用fcntl加鎖：
#include <stdio.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char **argv) { if (argc > 1) { int fd = open(argv[1], O_WRONLY); if(fd == -1) { printf("Unable to open the file\n"); exit(1); } static struct flock lock; lock.l_type = F_WRLCK; lock.l_start = 0; lock.l_whence = SEEK_SET; lock.l_len = 0; lock.l_pid = getpid(); int ret = fcntl(fd, F_SETLKW, &lock); printf("Return value of fcntl:%d\n",ret); if(ret==0) { while (1) { scanf("%c", NULL); } } } }
使用mount命令帶“mand”參數來重新掛載根文件系統，如下所示。這將在文件系統級別使能強制鎖功能。注意：你必須切換到root用戶才能執行下面的命令。
# mount -oremount,mand /
在可執行的（file_lock所在的）目錄中創建兩個名為“advisory.txt”和“mandatory.txt”的文件。對於“mandatory.txt”使能Set-Group-ID，同時不使能Group-Execute-Bit，如下所示：
# touch advisory.txt # touch mandatory.txt # chmod g+s,g-x mandatory.txt
測試協同鎖：
執行示例程序，以“advisory.txt”作為參數。 # ./file_lock advisory.txt 此程序將等待用戶的輸入。
從另一個終端或控制台，嘗試輸入以下命令行（不檢查鎖，直接輸入）： # ls >>advisory.txt 在上面的例子中，ls命令會將其輸出寫入到advisory.txt文件中。即使我們獲得了一個寫入鎖，仍然會有一些進程（非合作）能夠往文件里寫入數據。這就是所謂的“協同”鎖。
測試強制鎖：
再次執行示例程序，以“mandatory.txt”作為參數。 # ./file_lock mandatory.txt 從另一個終端或控制台，嘗試輸入以下命令行： # ls >>mandatory.txt 在上面的例子中，ls命令在將其輸出寫入到mandatory.txt文件之前，會等待文件鎖被刪除。雖然它仍然是一個非合作進程，但強制鎖起了作用。
（完）