在 Linux 系統(tǒng)編程中，fcntl() 函數(shù)（File Control）是用于操作文件描述符的核心函數(shù)，可控制文件或套接字的底層屬性。它支持多種操作，包括設(shè)置非阻塞模式、獲取/設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)志、管理文件鎖等。以下是詳細(xì)概念和使用案例：

---

核心概念

1. 函數(shù)原型

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

• 參數(shù)：
  • 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：可選參數(shù)，具體類型取決于 cmd。
• 返回值：
  • 成功：根據(jù) cmd 不同返回不同值（如 F_GETFL 返回當(dāng)前標(biāo)志位）。
  • 失敗：返回 -1，錯(cuò)誤碼通過 errno 獲取。

2. 常用命令（cmd 參數(shù)）

命令	作用
F_GETFL	獲取文件狀態(tài)標(biāo)志（如 O_RDONLY、O_NONBLOCK）。
F_SETFL	設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)志（只能修改部分標(biāo)志，如 O_NONBLOCK、O_APPEND）。
F_GETFD	獲取文件描述符標(biāo)志（如 FD_CLOEXEC）。
F_SETFD	設(shè)置文件描述符標(biāo)志。
F_SETLK	設(shè)置文件鎖（非阻塞）。
F_SETLKW	設(shè)置文件鎖（阻塞）。
F_GETLK	檢查鎖是否可設(shè)置。

---

使用案例

1. 設(shè)置文件描述符為非阻塞模式

常用于套接字或管道，避免 read、accept 等調(diào)用阻塞程序。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int set_nonblocking(int fd) {int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);  // 獲取當(dāng)前標(biāo)志if (flags == -1) {return -1;  // 錯(cuò)誤處理}flags |= O_NONBLOCK;                // 添加非阻塞標(biāo)志if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) == -1) {return -1;  // 錯(cuò)誤處理}return 0;
}// 示例：設(shè)置套接字為非阻塞
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
set_nonblocking(sockfd);

2. 設(shè)置文件追加模式

確保每次寫入文件時(shí)數(shù)據(jù)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. 文件鎖（防止多進(jìn)程/多線程競(jìng)爭(zhēng)）

通過鎖機(jī)制協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一文件的訪問。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int lock_file(int fd) {struct flock fl;fl.l_type = F_WRLCK;    // 排他鎖（寫鎖）fl.l_whence = SEEK_SET; // 從文件頭開始fl.l_start = 0;         // 鎖定區(qū)域起始偏移fl.l_len = 0;           // 鎖定到文件末尾fl.l_pid = getpid();    // 當(dāng)前進(jìn)程ID// 非阻塞方式嘗試加鎖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;     // 解鎖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");// 寫入數(shù)據(jù)...unlock_file(fd);}close(fd);return 0;
}

---

關(guān)鍵注意事項(xiàng)

1. 非阻塞模式

   • 對(duì)套接字設(shè)置 O_NONBLOCK 后，accept、read、write 等操作會(huì)立即返回，需檢查 errno 是否為 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。
   • 示例檢查非阻塞讀：

     char buf[1024];
     ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));
     if (n == -1) {if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {// 無數(shù)據(jù)可讀，稍后重試} else {perror("read error");}
     }
     

2. 文件鎖

   • 鎖類型：
     • F_RDLCK：共享讀鎖（允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀）。
     • F_WRLCK：排他寫鎖（獨(dú)占文件）。
     • F_UNLCK：釋放鎖。
   • 鎖繼承：文件鎖不會(huì)被子進(jìn)程繼承。
   • 鎖范圍：l_start 和 l_len 定義鎖定區(qū)域，l_len = 0 表示到文件末尾。

3. 原子性操作

   • fcntl 的鎖操作是原子性的，適合多進(jìn)程同步。

4. 錯(cuò)誤處理

   • 檢查 fcntl 返回值，結(jié)合 errno 處理錯(cuò)誤（如 EACCES、EBADF）。

---

擴(kuò)展案例：檢查文件鎖狀態(tài)

void check_lock(int fd) {struct flock fl;fl.l_type = F_WRLCK;    // 檢查寫鎖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);}
}

---

總結(jié)

• fcntl 的核心用途：
  • 修改文件描述符屬性（如非阻塞模式）。
  • 管理文件鎖（協(xié)調(diào)多進(jìn)程/線程訪問）。
  • 獲取或設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)志。
• 典型場(chǎng)景：
  • 網(wǎng)絡(luò)編程中設(shè)置非阻塞套接字。
  • 多進(jìn)程日志文件的并發(fā)寫入控制。
  • 確保文件操作的原子性。