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dup和dup2函数
fcntl函数
示例程序1
示例程序2
ioctl函数
dup和dup2函数
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd):
dup函数复制oldfd参数所指向的文件描述符。参数：
oldfd：要复制的文件描述符的整数值。返回值： 返回新的文件描述符，如果出错，则返回 -1，并设置
errno。
新的文件描述符和oldfd共享所有的锁定，读写指针和各项权限和标志位，如果用lseek对某个文件描述符操作，另一个文件描述符的读写指针也会跟着变动
dup2函数将newfd参数指定的文件描述符设置为oldfd参数指定的文件描述符的副本。参数：
oldfd：要复制的文件描述符的整数值。newfd：要设置为副本的新文件描述符的整数值。返回值： 返回新的文件描述符（即
newfd），如果出错，则返回 -1，并设置errno。示例
#include <stdio.h> #include <unistd.h>int main() {int fd1 = open("file.txt", O_RDONLY);int fd2 = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);dup2(fd1, 10); // 将文件描述符 10 设置为 fd1 的副本dup2(fd2, 11); // 将文件描述符 11 设置为 fd2 的副本// 现在文件描述符 10 与 fd1 指向相同的文件，文件描述符 11 与 fd2 指向相同的文件close(fd1);close(fd2);return 0; }
若newfd已经被程序使用，系统会将其关闭以释放该文件描述符；若newfd==oldfd，则不会关闭该文件。
fcntl函数
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fentl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);功能根据cmd的值的不同而不同，失败一般返回-1
复制文件描述符（
F_DUPFD）：
int new_fd = fcntl(old_fd, F_DUPFD, 0);这个命令用于复制文件描述符
old_fd，并返回一个新的文件描述符new_fd在
fcntl函数的F_DUPFD命令中，第三个参数（常被称为arg）是用于指定新的文件描述符的最小值。这个参数告诉系统在哪里开始搜索未使用的文件描述符来复制。如果指定的值是 0，系统会选择一个未使用的最小文件描述符号。如果你希望指定一个特定的文件描述符，可以传递你想要的值。
F_GETFD：
int flags = fcntl(fd, F_GETFD);用于获取文件描述符
fd的标志，例如 close-on-exec 标志。如果
FD_CLOEXEC标志被设置，说明文件描述符在exec被调用时会被关闭。否则，说明文件描述符会保持打开状态。可以这样判断
int flags = fcntl(fd, F_GETFD); if (flags & FD_CLOEXEC) {printf("FD_CLOEXEC flag is set.\n");} else {printf("FD_CLOEXEC flag is not set.\n");}
F_SETFD：
fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);//比如arg是FD_CLOEXEC用于设置文件描述符
fd的标志，例如设置 close-on-exec 标志。
F_GETFL：
int flags = fcntl(fd, F_GETFL);用于获取文件描述符
fd的文件状态标志，如读写模式和非阻塞标志。
F_SETFL：
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);用于设置文件描述符
fd的文件状态标志，如设置非阻塞标志。Linux系统只能设置O_APPEND,O_NONBLOCK,O_ASYNC,含义与open函数里的一致
示例程序1
演示fcntl的一些功能
#include <cstdio>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
using namespace std;
//自定义错误处理函数
void my_err(const char *err_string,int line){fprintf(stderr,"line:%d ",line);perror(err_string);exit(1);
}
int main(){int ret;int access_mode;int fd;if((fd=open("exanple_64",O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,S_IRWXU))==-1)my_err("open",__LINE__);//设置文件打开方式if((ret=fcntl(fd,F_SETFL,O_APPEND))==-1)my_err("fcntl",__LINE__);//获取文件打开方式if((ret=fcntl(fd,F_GETFL,0))==-1)//0可以去掉my_err("fcntl",__LINE__);access_mode=ret&O_ACCMODE;if(access_mode==O_RDONLY)printf("example_64 access mode:read only");else if(access_mode==O_WRONLY)printf("example_64 access mode:write only");else if(access_mode==O_RDWR)printf("example_64 access mode:read+write");if(ret&O_APPEND)printf(" ,append");if(ret&O_NONBLOCK)printf(",nonblock");if(ret&O_SYNC)printf(",sycn");printf("\n");return 0;
}运行结果是
结果解释：虽然open的时候设置的是O_TRUNC，是将文件截断为0，但是后面的代码用fcntl修改打开方式为O_APPEND，所以O_APPEND是存在的。（不过效果依然是截断，文件会清空。因为open的时候设置的是截断）
ret&O_ACCMODE是取得文件打开方式的掩码，它其实就是3 。因为文件打开方式有三种，是2位的，所以需要&11(二进制)，也就是3 。
if(ret & O_APPEND) 这句代码用于检查文件状态标志中是否设置了 O_APPEND 标志。
接下来的fcntl函数3种功能都和文件记录锁有关，因此先介绍一下文件记录锁。
当有多个进程同时对某一文件进行操作时,就有可能发生数据的不同步，从而引起错误，该文件的最后状态取决于写该文件的最后一个程序。但是对于有些应用程序，如数据库，有时进程需要确保它正在单独写一个文件。为了向进程提供这种功能，Linux系统提供了记录锁机制。
Linux 的文件记录锁能提供非常详细的控制，它能对文件的某一区域进行文件记录锁的控制。当fentl用于管理文件记录锁的操作时，第三个参数指向一个struct flock *lock的结构:
struct flock {short l_type; /* 锁的类型: F_RDLCK（共享读锁）、F_WRLCK（独占写锁）、F_UNLCK（释放锁） */short l_whence; /* l_start 的解释方式: SEEK_SET（相对于文件的起始位置）、SEEK_CUR（相对于当前文件位置）、SEEK_END（相对于文件的末尾） */off_t l_start; /* 锁的起始位置，即锁定范围的起始偏移量 */off_t l_len; /* 锁定的字节数，即锁定范围的长度 */pid_t l_pid; /* 执行 F_GETLK 命令时，包含持有锁的进程的进程ID */
};
l_type：锁的类型，可以是以下之一：
F_RDLCK：共享读锁。F_WRLCK：独占写锁。F_UNLCK：释放锁。
l_whence：指定l_start的解释方式，可以是以下之一：
SEEK_SET：相对于文件的起始位置。SEEK_CUR：相对于当前文件位置。SEEK_END：相对于文件的末尾。
l_start：锁的起始位置，即锁定范围的起始偏移量。
l_len：锁定的字节数，即锁定范围的长度。
l_len字段为0通常表示锁定或解锁整个文件。
l_pid：在执行F_GETLK命令时，将包含持有锁的进程的进程ID。
多个进程在一个给定的字节上可以有一把共享的读锁，但是在一个给定字节上的写锁则只能由一个进程单独使用。进一步而言，如果在一个给定字节上已经有一把或多把读锁，则不能在该字节上再加写锁;如果在一个字节上已经有一把独占性的写锁，则不能再对它加任何读锁(锁的不兼容规则)。一个进程只能设置某一文件区域上的一种锁。如果某一文件区域已经存在文件记录锁了，则如果此时再设置新的锁在该区域的话，旧的锁将会被新的锁取代。
为了锁整个文件，通常的方法是将l_start说明为0，l_whence说明为SEEK_SET,l_len说明为0。
F_GETLK- 获取文件锁信息：
struct flock lock;
fcntl(fd, F_GETLK, &lock);此命令用于获取文件描述符
fd上的锁信息，这些信息会被存储在struct flock结构体中。通过检查结构体中的字段，可以了解关于文件锁的信息，例如锁定的类型、锁定范围等。
F_SETLK- 设置文件锁：
fcntl(fd, F_SETLK, &lock);此时，fcntl系统调用被用来设置或释放锁，当l_type取 F_RDLCK 或F_WDLCK时，在由l_whence、l_ start和l_len指定的区域上设置锁;当l_type取F_UNLCK时则释放锁。如果锁被其他进程占用，则返回-1并设置errno为 EACCES 或EAGAIN。
需要注意的是，当设置一个共享锁(读锁)时，第一个参数fd所指向的文件必须以可读方式打开;当设置一个互斥锁(写锁)时，第一个参数fd所指向的文件必须以可写方式打开;当设置两种锁时，第一个参数fd所指向的文件必须以可读可写方式打开。当进程结束或文件描述符fd被close系统调用时,锁会自动释放。
F_SETLKW- 设置文件锁并等待：
fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);此命令与
F_SETLK类似，但是如果无法获取所请求的锁，F_SETLKW会使调用进程进入阻塞状态，直到可以获取锁为止。这可以用于在获取锁之前等待其他进程释放锁。
成功返回0，失败返回-1。
示例程序2
#include<iostream>
#include<cstring>
#include <cstdio>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
using namespace std;
//自定义错误处理函数
void my_err(const char *err_string,int line){fprintf(stderr,"line:%d ",line);perror(err_string);exit(1);
}
int lock_set(int fd,struct flock *lock){if(fcntl(fd,F_SETLK,lock)==0){//set success if(lock->l_type==F_RDLCK)printf("set read lock,pid:%d\n",getpid());else if(lock->l_type==F_WRLCK)printf("set write lock,pid:%d\n",getpid());else if(lock->l_type==F_UNLCK)printf("release lock,pid:%d",getpid());}else{//failperror("lock operation fail\n");return -1;}return 0;
}
//test,only success return 0
int lock_test(int fd,struct flock *lock){if(fcntl(fd,F_GETLK,lock)==0){//successif(lock->l_type==F_UNLCK){//释放可行printf("lock can be set in fd");return 0;}else{//已经有其他锁了，则失败if(lock->l_type==F_RDLCK)printf("can't set lock,read lock has been set by:%d\n",lock->l_pid);else if(lock->l_type==F_WRLCK)printf("can't be set lock,write lock has been set by:%d\n",lock->l_pid);return -2;}}else{perror("get incompatible locks fail");return -1;}
}
int main(){int fd;int ret;struct flock lock;char read_buf[32];if((fd=open("example_65",O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,S_IRWXU))==-1)my_err("open",__LINE__);if(write(fd,"test lock",10)!=10)my_err("write",__LINE__);//init lockmemset(&lock,0,sizeof(struct flock));lock.l_start = 0;lock.l_whence = SEEK_SET;lock.l_len=0;//set read locklock.l_type=F_RDLCK;if(lock_test(fd,&lock)==0){//test succeededlock.l_start=0;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_len=0;lock.l_type=F_RDLCK;lock_set(fd,&lock);}//read datalseek(fd,0,SEEK_SET);if((ret=read(fd,read_buf,10))==-1)my_err("read",__LINE__);read_buf[ret]='\0';printf("%s\n",read_buf);getchar();//set write locklock.l_type=F_WRLCK;if(lock_test(fd,&lock)==0){lock.l_start=0;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_len=0;lock.l_type=F_WRLCK;lock_set(fd,&lock);}//releaselock.l_type=F_UNLCK;lock_set(fd,&lock);close(fd);return 0;
}运行结果：
结果解释：首先测试能不能在文件上加读锁，测试成功，所以加了读锁，然后读文件内容为：test lock。之后测试能不能加写锁，发现可以，就加了写锁。最后释放锁。
注意这是在同一个进程内的，所以先加读锁再加写锁，会覆盖写锁。但是如果是不同进程就不可以先加读锁再加写锁。
为了演示锁的不兼容性，这次程序在不同终端执行
再在另一个终端执行
可以看到两个读锁都可以设置
这时候在第二个终端任意按一个键，按理说接下来要设置写锁，但是
失败了，因为进程1已经设置了读锁，进程2就不能设置写锁了。
现在，既然进程2已经释放锁了，我们回到进程1按下按键试试
因为进程2的锁已经释放了，只有进程1本进程的读锁，同一进程可以先读锁后写锁，所以成功。
fcntl还有一些功能如下图
ioctl函数
#include <sys/ioctl.h>
int ioctl (int fd, int request,..)我暂时也看不懂示例程序，所以这个函数就跳过吧
![[笔记] wsl 下使用 qemu/grub 模拟系统启动(单分区)](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/8bed4119a5bb41d88abfb3eb64595186.png)
