基本概念

内核使用3个数据结构描述一个打开的文件：进程表、文件表、V节点表

首先了解3种数据结构的概念

1 进程表

每一个进程有一个进程表。进程表里是一组打开的文件描述符，如标准输入0，标准输出1，标准错误2...

2 文件表

进程打开一个文件时，内核就为该文件创建一个文件表。

进程表对文件表一般是一对多的关系文件表对文件描述符也是一对多的关系（可能多个文件描述符指向同一文件表）

（这里解释下为什么进程表和文件表一对多的关系只是一般情况下，有什么特殊情况呢？当父进程fork一个子进程时，复制了它的进程表，导致多个进程表对一个文件表）

文件表中包含了文件状态标志、当前偏移量、和V-node
pointer表项

文件状态标志如：read, write, append, sync, nonblocking等等

偏移量好理解，就不多解释了（它在write时会变化）

V-node
pointer就是指向V-node表的指针

3 V节点表（Linux只有i节点表）

每一个没打开的文件有一个V节点表。V-node table实际上跟进程关系不大，主要跟被打开的文件相关。一个打开的文件只有一个v-node表，所有打开它的进程共用此表

文件表对V节点表示多对一的关系。

V-node表主要是描述了文件信息、数据的访问入口

一个进程打开多个文件

如《APUE E3rd》的Figure3.7所示，一个进程打开多个文件。

文件描述符0和1各通过一个文件表打开一个文件

注：可能文件描述符0和3指向同一个文件表

多个进程打开一个文件

如《APUE E3rd》中figure 3.8所示，两个进程打开同一个文件。

两个进程使用的文件表都是进程独有的。也就是说一个文件表虽然是内核维护的，但它至属于某一个特定进程。

fcntl

功能描述：通过文件描述符来操作文件的属性。

形式：

#include <fcntl.h>

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

            Returns: depends on cmd if OK (see following),−1 on error

描述：fcntl()可以改变已打开文件的性质。参数fd是一打开的文件描述符，cmd是特定的命令，第三个参数是否存在取决于cmd的值。第三个参数如果存在一般为整形，也可能是struct flock *类型的结构体指针。

返回值：返回值是否存在也取决于cmd，一般错误返回-1，F_DUPFD , F_GETFD , F_GETFL以及F_GETOWN会返回文件描述符或者文件的一些属性。

一般在下面五种情况下使用fcntl()函数

1. 复制一个已存在的文件描述符(cmd=F_DUPFD、F_DUP、FD_CLOEXEC)

2. 取得/设置已存在文件描述符的标志(cmd=F_GETFD、F_SETFD)

3. 取得/设置已存在文件描述符的状态标志（cmd=GETFL、SETFL）

4. 取得/设置异步I/O时文件的所有权（cmd=GETOWN、SETOWN+）

5. 取得/设置异步锁(cmd=GETLK、SETLK、SETLKW)

文件标志位：进程表中每一条记录都对应了一个文件描述符的fd标志位和指向文件表的指针，fd标志位目前只定义了FD_CLOEXEC一项。因此，fd标志位就是FD_CLOEXEC

cmd参数

F_DUPFD：

复制一个已存在的文件描述符，新文件描述符作为函数的返回值，其取值一般是不小于3且还没被打开的文件描述符。新旧两个文件描述符共享文件表，但是两个描述符有不同的fd标志位（进程表中每一个表项记录了一个文件描述符的fd标志位和指向文件表的指针）。使用F_DUPFD时，fd标志位的FD_CLOEXEC将被清零^①。

F_DUPFD_CLOEXEC

复制一个已存在的文件描述符，与F_DUPFD不同之处在于其设置了FD_CLOEXEC。也就是在使用exec是文件被关闭。

F_GETFD

返回文件标志位，目前文件标志位只定义了FD_CLOEXEC，因此返回值就是FD_CLOEXEC的值。

F_SETFD

设置文件标志位（即设置FD_CLOEXEC），设置的值在第三个参数。

F_GETFL

返回该文件描述符对应的文件状态标志位file status flag。文件状态标志位主要有O_RDONLY、O_WRONLY，本文后面进一步讨论。

F_SETFL

设置文件状态标志。只有O_APPEND、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_DSYNC、O_RSYNC、O_FSYNC、O_ASYNC其中状态标志可以被更改（设置）。

F_GETOWN

取得当前正在接收SIGIO或者SIGURG信号的进程id或进程组id，进程组id返回的是负值(arg被忽略)

F_SETOWN

设置将接收SIGIO和SIGURG信号的进程id或进程组id，进程id和进程组id通过第三个参数arg传入（只能传一个，要么进程id，要么进程组id），arg为正值表示传入的是进程id，arg为负值则传入的是进程组id。

F_GETLK

取得文件的锁定状态，如果被锁定了，则将锁定信息重写到第三个参数arg(一个指向flock的结构体的指针)。如果未被锁定状态，则除了struct flock的l_type被设置为F_UNLCK外，其他成员不变。

F_SETLK

通过第三个参数arg（struct flock*）锁定文件。如果read lock和write lock设置失败，则返回EACCES or EAGAIN

F_SETLKW

类似F_SETLK，不同的是当设置锁发生阻塞时，它会等待（W是wait的意思），直至设置锁完成

文件状态标志

O_RDONLY , O_WRONLY与O_RDWR 还有后面的O_EXEC、O_SEARCH并不是每一项占一位的，因此，在获取文件状态时，为取得文件当前的存取模式，需要用O_ACCMODE与F_GETFL操作返回的值进行与运算

关于文件标志位的值，如下在系统头文件fcntl.h（我的熊中是/usr/include/i386-linux-gnu/bits/fcntl）

/* open/fcntl - O_SYNC is only implemented on blocks devices and on files

   located on a few file systems.  */

#define O_ACCMODE          0003

#define O_RDONLY             00

#define O_WRONLY             01

#define O_RDWR               02

#define O_APPEND          02000

#define O_NONBLOCK        04000

#define O_NDELAY        O_NONBLOCK

#define O_SYNC         04010000

#define O_FSYNC          O_SYNC

#define O_ASYNC          020000

可以看到《APUE》中关于O_SYNC的讨论实际上代码中已经有给出注释。

结构体指针 struct flock*

struct flock {

        short  l_type; /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */

        short  l_whence; /* SEEK_SET, SEEK_CUR, or SEEK_END */

        off_t  l_start;  /* offset in bytes, relative to l_whence */

        off_t  l_len; /* length, in bytes; 0 means lock to EOF */

        pid_t  l_pid; /* returned with F_GETLK */

};

注解：

① FD_CLOEXEC为0时，表示使用exec函数族时文件描述符fd会被传入exec()创建的新进程，如果FD_CLOEXEC为1，则文件被关闭

②

③

④

巴特西

APUE学习笔记——3.文件共享与fcntl介绍