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函数fcntl（File Control）

news 2025/10/26 8:06:01

一、fcntl 函数本质

二、函数原型与参数深度解析

参数详解

cmd

可变参数 arg

三、关键命令详解与实战代码

1. 文件状态标志操作

2. 文件锁操作（重点）

3. 文件描述符标志操作

四、高级应用场景与陷阱

1. 非阻塞 I/O 的实现

2. 多进程文件追加写入

3. 文件锁的注意事项

五、常见错误与调试技巧

六、与其他函数的对比

七、总结与最佳实践

#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);

命令类型	示例命令	功能描述
文件状态标志操作	`F_GETFL`, `F_SETFL`	获取/设置文件状态标志
文件描述符标志操作	`F_GETFD`, `F_SETFD`	获取/设置 close-on-exec 标志
文件锁操作	`F_SETLK`, `F_SETLKW`	设置非阻塞/阻塞锁
描述符复制	`F_DUPFD`, `F_DUPFD_CLOEXEC`	复制文件描述符

一、`fcntl` 函数本质

fcntl（File Control）是 Unix/Linux 系统调用中对文件描述符进行精细控制的核心工具。它直接操作内核中的文件表项（File Table Entry），实现以下功能：

修改文件状态标志（如读写模式、阻塞/非阻塞模式）。

管理文件锁（Advisory Locking，协调多进程访问）。

控制文件描述符属性（如 close-on-exec 标志）。

获取/复制文件描述符（如 F_DUPFD）。

二、函数原型与参数深度解析

#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);

参数详解

fd
- 作用：已打开的文件描述符（如通过 open()、socket() 获得）。
- 内核关联：指向内核文件表项（包含文件状态标志、文件偏移量等）。

`cmd`

核心命令分类：

命令类型	示例命令	功能描述
文件状态标志操作	`F_GETFL`, `F_SETFL`	获取/设置文件状态标志
文件描述符标志操作	`F_GETFD`, `F_SETFD`	获取/设置 close-on-exec 标志
文件锁操作	`F_SETLK`, `F_SETLKW`	设置非阻塞/阻塞锁
描述符复制	`F_DUPFD`, `F_DUPFD_CLOEXEC`	复制文件描述符

可变参数 arg
- 类型与意义：依赖 cmd 的值，可能是整数、结构体指针等。
- 典型用法：
  - F_SETFL：传递整型标志（如 O_NONBLOCK）。(设置非阻塞)
  - F_SETLK：传递 struct flock* 指针定义锁行为。

把fp对应的文件设置为非阻塞

fp = popen("mplayer  00.mp4 ...", "r");
// 设置非阻塞模式
// 1. 获取当前描述符的状态标记
int flag = fcntl( fp->_fileno , F_GETFL );

// 2. 给当前的状态增加非阻塞选项
flag |= O_NONBLOCK ;

// 3. 把添加了非阻塞模式的属性设置回描述符即可
fcntl( fp->_fileno , F_SETFL , flag );

三、关键命令详解与实战代码

1. 文件状态标志操作

F_GETFL
作用：获取文件状态标志（包括访问模式和其他标志）。
返回值：由标志位组成的整型值，需通过掩码解析。

int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
if (flags == -1) {
    perror("fcntl F_GETFL failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

// 解析访问模式
int access_mode = flags & O_ACCMODE;  // O_ACCMODE = 3（二进制掩码）
if (access_mode == O_RDONLY)  printf("Read-Only\n");
else if (access_mode == O_WRONLY) printf("Write-Only\n");
else if (access_mode == O_RDWR)   printf("Read-Write\n");

// 检查其他标志
if (flags & O_APPEND)    printf("Append mode enabled\n");
if (flags & O_NONBLOCK)  printf("Non-blocking mode\n");

F_SETFL
作用：设置文件状态标志。仅能修改部分标志（如 O_APPEND、O_ASYNC、O_NONBLOCK）。
注意：无法修改访问模式（如 O_RDWR），需在 open() 时确定。

// 启用非阻塞模式 + 追加写入
int new_flags = flags | O_NONBLOCK | O_APPEND;
if (fcntl(fd, F_SETFL, new_flags) == -1) {
    perror("fcntl F_SETFL failed");
}

2. 文件锁操作（重点）

文件锁用于协调多进程对同一文件的读写。fcntl 支持 劝告锁（Advisory Locks），需进程主动检查锁状态。

锁结构体 struct flock

struct flock {
    short l_type;   // 锁类型：F_RDLCK（读锁）, F_WRLCK（写锁）, F_UNLCK（解锁）
    short l_whence; // 锁起点：SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
    off_t l_start;  // 锁起始偏移（相对于 l_whence）
    off_t l_len;    // 锁长度（0 表示到文件末尾）
    pid_t l_pid;    // 持有锁的进程ID（由 F_GETLK 填充）
};

命令详解

F_GETLK：检测锁冲突，不实际加锁。

struct flock lock;
memset(&lock, 0, sizeof(lock));
lock.l_type = F_WRLCK;  // 检查是否可加写锁
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = 0;
lock.l_len = 0;         // 整个文件

if (fcntl(fd, F_GETLK, &lock) == -1) {
    perror("fcntl F_GETLK failed");
}
if (lock.l_type == F_UNLCK) {
    printf("锁可加\n");
} else {
    printf("锁被进程 %d 持有\n", lock.l_pid);
}

F_SETLK：非阻塞加锁/解锁。若锁冲突，立即返回 -1。

lock.l_type = F_WRLCK;
if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
    if (errno == EACCES || errno == EAGAIN) {
        printf("无法加锁：已被其他进程占用\n");
    } else {
        perror("fcntl F_SETLK failed");
    }
}

F_SETLKW：阻塞加锁（Wait），直到锁可用或信号中断。

if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
    if (errno == EINTR) { // 被信号中断
        printf("加锁被中断\n");
    } else {
        perror("fcntl F_SETLKW failed");
    }
}