十二月 20, 2010

fcntl和select函数彻底搞明白

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 第一、fcntl函数详细使用      

  fcntl有强大的功能,它能够复制一个现有的描述符,获得/设置文件描述符标记,获得/设置文件状态标记,获得/设置异步I/O所有权,获得/设置纪录锁。

当多个用户共同使用,操作一个文件的情况,Linux通常采用的方法就是给文件上锁,来避免共享资源产生竞争的状态。

fcntl文件锁有两种类型:建议性锁和强制性锁
         建议性锁是这样规定的:每个使用上锁文件的进程都要检查是否有锁存在,当然还得尊重已有的锁。内核和系统总体上都坚持不使用建议性锁,它们依靠程序员遵守这个规定。
         强制性锁是由内核执行的。当文件被上锁来进行写入操作时,在锁定该文件的进程释放该锁之前,内核会阻止任何对该文件的读或写访问,每次读或写访问都得检查锁是否存在。

         使用fcntl文件锁进行I/O操作必须小心:进程在开始任何I/O操作前如何去处理锁,在对文件解锁前如何完成所有的操作,是必须考虑的。如果在设置锁之前打开文件,或者读取该锁之后关闭文件,另一个进程就可能在上锁/解锁操作和打开/关闭操作之间的几分之一秒内访问该文件。当一个进程对文件加锁后,无论它是否释放所加的锁,只要文件关闭,内核都会自动释放加在文件上的建议性锁(这也是建议性锁和强制性锁的最大区别), 所以不要想设置建议性锁来达到永久不让别的进程访问文件的目的(强制性锁才可以)^_^;强制性锁则对所有进程起作用。

       可以用fcntl 函数改变一个已打开的文件的属性,可以重新设置读、写、追加、非阻塞等标志(这些标志称为File StatusFlag),而不必重新open 文件。
      #include <unistd.h>
      #include <fcntl.h>
      int fcntl(int fd, int cmd);
      int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
      int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

这个函数和open 一样,也是用可变参数实现的,可变参数的类型和个数取决于前面的cmd 参数。

文件锁包括了  建议性锁  和  强制性锁。

建议性锁要求每个上锁的文件的进程都要检查是否有锁存在,并且尊重已有的锁,在一般情况下,内核和系统都不使用建议性锁。

强制性锁是由内核执行的锁,当一个文件被上锁进行读写操作的时候,内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作。每次读写操作都要检查是否有锁存在。

在Linux中实现上锁的函数有lock()和fcntl()。

lock()用于对文件施加建议性锁
fcntl()用于对文件施加建议性锁和强制性锁都行。同时还可以对文件某一条纪录进行上锁,也就是记录锁。

记录锁分为  读取锁(共享锁,它能够使多个进程都能在文件的同一部分建立读取锁)  和  写入锁(排斥锁,在任何时刻只能有一个进程在文件的某部分建立写入锁。)。

fcntl函数原型
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>

int fcntl(int fd,   //文件描述符
          int cmd , //不同的命令
          struct flock  *lock)  //设置记录锁的具体状态

cmd取值:
F_DUPFD   复制文件描述符
F_GETFD   获得fd的close-on-exec标志
F_SETFD   设置close-on-exec标志
F_GETFL   获得open设置标志
F_SETFL   设置lock描述的标志
F_GETLK   测试该锁是否被另外一把锁排斥
F_SETLKW  如果存在其他锁,则调用进程睡眠,如果捕捉到信号则睡眠中断
F_GETOWN  检索收到的SIGIO和SIGURG信号的进程号或者进程组号
F_SETOWN  设置进程号或进程组号

这里的lock结构体如下:
struct flock
{
    short l_type;   /*F_RDLCK(读取锁),F_WRLCK(写入锁),F_UNLCK(解锁)*/
    off_t l_start;  /*相对偏移量(字节)*/
    short l_whence; /*SEEK_SET ,SEEK_CUR ,SEEK_END */
    off_t l_len;    /*加锁区域长度*/
    pid_t l_pid;
}

成功:0
出错:-1
提示:如果加锁整个文件通常的方法是将l_start设置为0,l_whence设置为SEEK_SET, l_len设置为0。 

       下面的例子使用F_GETFL和F_SETFL这两种fcntl 命令改变STDIN_FILENO的属性上O_NONBLOCK 选项,实现非阻塞读终端的功能。

用fcntl改变File Status Flag

             #include <unistd.h>
             #include <fcntl.h>
             #include <errno.h>
             #include <string.h>
             #include <stdlib.h>
             #define     MSG_TRY “try again\n”
             int main(void)
             {
                     char buf[10];
                     int n;
                     int flags;
                     flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
                     flags |= O_NONBLOCK;
                     if (fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flags) == -1)
               {
                             perror(“fcntl”);
                             exit(1);
                     }
             tryagain:
                     n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);
                     if (n < 0)
                    {
                             if (errno == EAGAIN)
                            {
                                     sleep(1);
                                     write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY,strlen(MSG_TRY));
                                     goto tryagain;
                             }
                             perror(“read stdin”);
                             exit(1);
                     }
                     write(STDOUT_FILENO, buf, n);
                     return 0;
             }

 

 第二、select函数详细使用   

      select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄(file descriptor)的状态变化的。程序会停在select这里等待,直到被监视的文件句柄有某一个或多个发生了状态改变。

        文件在句柄在Linux里很多,如果你man某个函数,在函数返回值部分说到成功后有一个文件句柄被创建的都是的,如man socket可以看到“On success, a file descriptor for the new socket is returned.”而man 2 open可以看到“open() and creat() return the new file descriptor”,其实文件句柄就是一个整数,看socket函数的声明就明白了:
int socket(int domain, int type, int protocol);
        当然,我们最熟悉的句柄是0、1、2三个,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的,对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr,0就是stdin,1就是stdout,2就是stderr。
比如下面这两段代码都是从标准输入读入9个字节字符:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = “”;
        read(0, buf, 9); /* 从标准输入 0 读入字符 */
        fprintf(stdout, “%s\n”, buf); /* 向标准输出 stdout 写字符 */
        return 0;
}
/* **上面和下面的代码都可以用来从标准输入读用户输入的9个字符** */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = “”;
        fread(buf, 9, 1, stdin); /* 从标准输入 stdin 读入字符 */
        write(1, buf, strlen(buf));
        return 0;
}

        继续上面说的select,就是用来监视某个或某些句柄的状态变化的。select函数原型如下:
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
        函数的最后一个参数timeout显然是一个超时时间值,其类型是struct timeval *,即一个struct timeval结构的变量的指针,所以我们在程序里要申明一个struct timeval tv;然后把变量tv的地址&tv传递给select函数。struct timeval结构如下:

struct timeval {
             long    tv_sec;         /* seconds */
             long    tv_usec;        /* microseconds */
         };

第2、3、4三个参数是一样的类型: fd_set *,即我们在程序里要申明几个fd_set类型的变量,比如rdfds, wtfds, exfds,然后把这个变量的地址&rdfds, &wtfds, &exfds 传递给select函数。这三个参数都是一个句柄的集合,第一个rdfds是用来保存这样的句柄的:当句柄的状态变成可读的时系统就会告诉select函数返回,同理第二个wtfds是指有句柄状态变成可写的时系统就会告诉select函数返回,同理第三个参数exfds是特殊情况,即句柄上有特殊情况发生时系统会告诉select函数返回。特殊情况比如对方通过一个socket句柄发来了紧急数据。如果我们程序里只想检测某个socket是否有数据可读,我们可以这样:

fd_set rdfds; /* 先申明一个 fd_set 集合来保存我们要检测的 socket句柄 */
struct timeval tv; /* 申明一个时间变量来保存时间 */
int ret; /* 保存返回值 */
FD_ZERO(&rdfds); /* 用select函数之前先把集合清零 */
FD_SET(socket, &rdfds); /* 把要检测的句柄socket加入到集合里 */
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 500; /* 设置select等待的最大时间为1秒加500毫秒 */
ret = select(socket + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 检测我们上面设置到集合rdfds里的句柄是否有可读信息 */
if(ret < 0) perror(“select”);/* 这说明select函数出错 */
else if(ret == 0) printf(“超时\n”); /* 说明在我们设定的时间值1秒加500毫秒的时间内,socket的状态没有发生变化 */
else { /* 说明等待时间还未到1秒加500毫秒,socket的状态发生了变化 */
    printf(“ret=%d\n”, ret); /* ret这个返回值记录了发生状态变化的句柄的数目,由于我们只监视了socket这一个句柄,所以这里一定ret=1,如果同时有多个句柄发生变化返回的就是句柄的总和了 */
    /* 这里我们就应该从socket这个句柄里读取数据了,因为select函数已经告诉我们这个句柄里有数据可读 */
    if(FD_ISSET(socket, &rdfds)) { /* 先判断一下socket这外被监视的句柄是否真的变成可读的了 */
        /* 读取socket句柄里的数据 */
        recv(…);
    }
}

 

注意select函数的第一个参数,是所有加入集合的句柄值的最大那个值还要加1。比如我们创建了3个句柄:
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux网络编程一步一步学-select详解
*purpose: 详细说明select的用法
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-02-03 19:40
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:Google
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快!感谢有开源前辈的贡献!
*********************************************************************/
int sa, sb, sc;
sa = socket(…); /* 分别创建3个句柄并连接到服务器上 */
connect(sa,…);
sb = socket(…);
connect(sb,…);
sc = socket(…);
connect(sc,…);

FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */
FD_SET(sb, &rdfds);
FD_SET(sc, &rdfds);

在使用select函数之前,一定要找到3个句柄中的最大值是哪个,我们一般定义一个变量来保存最大值,取得最大socket值如下:

 

int maxfd = 0;
if(sa > maxfd) maxfd = sa;
if(sb > maxfd) maxfd = sb;
if(sc > maxfd) maxfd = sc;

 

然后调用select函数:

ret = select(maxfd + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */

同样的道理,如果我们要检测用户是否按了键盘进行输入,我们就应该把标准输入0这个句柄放到select里来检测,如下:

 

FD_ZERO(&rdfds);
FD_SET(0, &rdfds);
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
ret = select(1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */
if(ret < 0) perror(“select”);/* 出错 */
else if(ret == 0) printf(“超时\n”); /* 在我们设定的时间tv内,用户没有按键盘 */
else { /* 用户有按键盘,要读取用户的输入 */
    scanf(“%s”, buf);
}

 

 

 

来源:http://blog.ednchina.com/talent8791/234082/message.aspx#

 

Category : C/C++

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