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fcntl()函数的概念和使用案例 c语言

news 来源：原创 2025/6/21 7:45:20

在 Linux 系统编程中，fcntl() 函数（File Control）是用于操作文件描述符的核心函数，可控制文件或套接字的底层属性。它支持多种操作，包括设置非阻塞模式、获取/设置文件状态标志、管理文件锁等。以下是详细概念和使用案例：

核心概念

1. 函数原型

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参数：
- fd：要操作的文件描述符（文件、管道、套接字等）。
- cmd：控制命令（如 F_GETFL、F_SETFL、F_SETLK 等）。
- arg：可选参数，具体类型取决于 cmd。
返回值：
- 成功：根据 cmd 不同返回不同值（如 F_GETFL 返回当前标志位）。
- 失败：返回 -1，错误码通过 errno 获取。

2. 常用命令（`cmd` 参数）

命令	作用
`F_GETFL`	获取文件状态标志（如 `O_RDONLY`、`O_NONBLOCK`）。
`F_SETFL`	设置文件状态标志（只能修改部分标志，如 `O_NONBLOCK`、`O_APPEND`）。
`F_GETFD`	获取文件描述符标志（如 `FD_CLOEXEC`）。
`F_SETFD`	设置文件描述符标志。
`F_SETLK`	设置文件锁（非阻塞）。
`F_SETLKW`	设置文件锁（阻塞）。
`F_GETLK`	检查锁是否可设置。

使用案例

1. 设置文件描述符为非阻塞模式

常用于套接字或管道，避免 read、accept 等调用阻塞程序。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int set_nonblocking(int fd) {
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);  // 获取当前标志
    if (flags == -1) {
        return -1;  // 错误处理
    }
    flags |= O_NONBLOCK;                // 添加非阻塞标志
    if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) == -1) {
        return -1;  // 错误处理
    }
    return 0;
}

// 示例：设置套接字为非阻塞
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
set_nonblocking(sockfd);

2. 设置文件追加模式

确保每次写入文件时数据追加到末尾。

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
flags |= O_APPEND;
fcntl(fd, F_SETFL, flags);

3. 文件锁（防止多进程/多线程竞争）

通过锁机制协调多个进程对同一文件的访问。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int lock_file(int fd) {
    struct flock fl;
    fl.l_type = F_WRLCK;    // 排他锁（写锁）
    fl.l_whence = SEEK_SET; // 从文件头开始
    fl.l_start = 0;         // 锁定区域起始偏移
    fl.l_len = 0;           // 锁定到文件末尾
    fl.l_pid = getpid();    // 当前进程ID

    // 非阻塞方式尝试加锁
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl) == -1) {
        perror("fcntl: lock failed");
        return -1;
    }
    return 0;
}

int unlock_file(int fd) {
    struct flock fl;
    fl.l_type = F_UNLCK;     // 解锁
    fl.l_whence = SEEK_SET;
    fl.l_start = 0;
    fl.l_len = 0;
    fl.l_pid = getpid();

    if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl) == -1) {
        perror("fcntl: unlock failed");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// 使用示例
int main() {
    int fd = open("data.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    if (lock_file(fd) == 0) {
        printf("Lock acquired!\n");
        // 写入数据...
        unlock_file(fd);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

关键注意事项

非阻塞模式

对套接字设置 O_NONBLOCK 后，accept、read、write 等操作会立即返回，需检查 errno 是否为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。

示例检查非阻塞读：

char buf[1024];
ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (n == -1) {
    if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
        // 无数据可读，稍后重试
    } else {
        perror("read error");
    }
}

文件锁
- 锁类型：
  - F_RDLCK：共享读锁（允许多个进程同时读）。
  - F_WRLCK：排他写锁（独占文件）。
  - F_UNLCK：释放锁。
- 锁继承：文件锁不会被子进程继承。
- 锁范围：l_start 和 l_len 定义锁定区域，l_len = 0 表示到文件末尾。
原子性操作
- fcntl 的锁操作是原子性的，适合多进程同步。
错误处理
- 检查 fcntl 返回值，结合 errno 处理错误（如 EACCES、EBADF）。

扩展案例：检查文件锁状态

void check_lock(int fd) {
    struct flock fl;
    fl.l_type = F_WRLCK;    // 检查写锁
    fl.l_whence = SEEK_SET;
    fl.l_start = 0;
    fl.l_len = 0;
    fl.l_pid = getpid();

    if (fcntl(fd, F_GETLK, &fl) == -1) {
        perror("fcntl: F_GETLK failed");
        return;
    }

    if (fl.l_type == F_UNLCK) {
        printf("No lock on the file.\n");
    } else {
        printf("File is locked by process %d\n", fl.l_pid);
    }
}