文件I/O之fcntl函数

fcntl函数可以改变已打开的文件的性质。

#include <fcntl.h>
int fcntl( int filedes, int cmd, ... /* int arg */ );
返回值：若成功则依赖于cmd，若出错则返回-

在本节的各实例中，第三个参数总是一个整数，与上面所示函数原型中的注释部分相对应。但是在说明记录锁时，第三个参数则是指向一个结构的指针。

fcntl函数有5种功能：

（1）复制一个现有的描述符（cmd = F_DUPFD ）。

（2）获得/设置文件描述符标记（cmd = F_GETFD或F_SETFD）。

（3）获得/设置文件状态标志（cmd = F_GETFL或F_SETFL）。

（4）获得/设置异步I/O所有权（cmd = F_GETOWN或F_SETOWN）。

（5）获得/设置记录锁（cmd = F_GETLK、F_SETLK或F_SETLKW）。

我们先说明这10种cmd值得前7种（后3种，在谈记录锁时说明）。我们将涉及与进程表项中各文件描述符相关联的文件描述符标志，以及每个文件表项中的文件状态标志。

F_DUPFD         复制文件描述符filedes。新文件描述符作为函数值返回。它是尚未打开的各描述符中大于或等于第三个参数值（取为整型值）中各值的最小值。新描述符与filedes共享同一文件表项。但是，新描述符有它自己的一套文件描述符标志，其FD_CLOEXEC文件描述符标志被清除（这表示该描述符在通过一个exec时仍保持有效）。

F_GETFD         对应于filedes的文件描述符标志作为函数值返回。当前只定义了一个文件描述符标志FD_CLOEXEC。

F_SETFD         对于filedes设置文件描述符标志。新标志值按第三个参数（取为整型值）设置。

注：应当了解很多现有的涉及文件描述符标志的程序并不使用常量FD_CLOEXEC，而是将此标志设置为0（系统默认，在exec时不关闭）或1（在exec时关闭）。

F_GETFL         对应于filedes的文件状态标志作为函数值返回。文件状态标志如下表3-3：（表3-3中的各个标志，除了三个访问方式标志（O_RDONLY、O_WRONLY以及O_RDWR）不各占一位，其他标志分别占文件状态标志的一个bit位）

不幸的是，三个访问方式标志（O_RDONLY、O_WRONLY以及O_RDWR）并不各占1位（由于历史原因，这三种标志的值分别是0、1和2。这三个访问方式标志用文件状态标志的后两位表示，00：O_RDONLY，01：O_WRONLY，10：O_RDWR。这三种值互斥——一个文件只能有这三种值之一）。因此首先必须用屏蔽字O_ACCMODE（0x0003）取得访问模式位（文件状态标志的后两位），然后将结果与这三种值的任一种做比较。

F_SETFL         将文件状态标志设置为第三个参数的值（取为整型值）。可以更改的几个标志是：O_APPEND、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_DSYNC、O_RSYNC、O_FSYNC和O_ASYNC。

F_GETOWN    取当前接受SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID。

F_SETOWN    设置接收SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID。正当arg指定一个进程ID，负的arg表示等于arg绝对值的一个进程组ID。

fcntl的返回值与命令有关。如果出错，所有命令都返回-1，如果成功则返回某个其他值。下列四个命令有特定的返回值：F_DUPFD、F_GETFD、F_GETFL以及F_GETOWN。第一个返回新的文件描述符，接下来两个返回相应标志，最后一个返回一个正当进程ID或负的进程组ID。

程序清单3-4 对于指定的描述符打印文件标志

[root@localhost apue]# cat prog3-.c
#include "apue.h"
#include <fcntl.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
        int val;

        if(argc != )
                err_quit("usage: prog3-4 <descriptor#>");

        if((val = fcntl(atoi(argv[]), F_GETFL, )) < )
                err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[]));

        switch(val & O_ACCMODE)
        {
                case O_RDONLY:
                        printf("read only");
                        break;
                case O_WRONLY:
                        printf("write only");
                        break;
                case O_RDWR:
                        printf("read write");
                        break;
                default:
                        err_dump("unknown access mode");
        }

        if(val & O_APPEND)
                printf(", append");
        if(val & O_NONBLOCK)
                printf(", nonblocking");
#if defined(O_SYNC)
        if(val & O_SYNC)
                printf(", synchronous writes");
#endif
#if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC)
        if(val & O_FSYNC)
                printf(", synchronous writes");
#endif
        putchar('\n');
        exit();
}

注意，我们使用了功能测试宏_POSIX_C_SOURCE，并且条件编译了POSIX.1中没有定义的文件访问标志。

在修改文件描述符标志或文件状态标志时必须谨慎，先要取得现有的标志值，然后根据需要修改它，最后设置新标志值。不能只是执行F_SETFD或F_SETFL命令，这样会关闭以前设置的标志位。

程序清单3-5 对一个文件描述符打开一个或多个文件状态标志

[root@localhost apue]# cat prog3-.c
#include "apue.h"
#include <fcntl.h>

void
set_fl(int fd, int flags) /* flags are file status flags to turn to */
{
        int val;

        if((val = fcntl(fd, F_GETFL, )) < )
                err_sys("fcntl F_GETFL error");

        val |= flags;   /* turn on flags */

        if(fcntl(fd, F_SETFL, val) < )
                err_sys("fcntl F_SETFL error");
}

如果将中间的一条语句改为：

val &= ~flags;    /* turn flags off */

就构成另一个函数，我们称其为clr_fl。

比较fsync和fdatasync与O_SYNC标志，fsync和fdatasync在我们需要时更新文件内容，O_SYNC标志则在我们每次写至文件时更新文件内容。

fcntl的必要性：我们的程序在一个描述符（标准输出）上进行操作，但是根本不知道由shell打开的相应的文件名。因为这是shell打开的，于是不能在打开时，按我们的要求设置O_SYNC标志。fcntl则允许仅知道打开文件描述符时可以修改其性质。

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。