# `fcntl` --- `fcntl` 和 `ioctl` 系统调用

本模块基于文件描述符来执行文件和 I/O 控制。它是 `fcntl()` 和 `ioctl()` Unix 例程的接口。 请参阅 fcntl(2) 和 ioctl(2) Unix 手册页了解详情。

适用范围: Unix, not WASI.

本模块的所有函数都接受文件描述符 fd 作为第一个参数。可以是一个整数形式的文件描述符，比如 `sys.stdin.fileno()` 的返回结果，或为 `io.IOBase` 对象，比如 `sys.stdin` 提供一个 `fileno()`，可返回一个真正的文件描述符。

在 3.3 版本发生变更: 本模块的操作以前触发的是 `IOError`，现在则会触发 `OSError`。

在 3.8 版本发生变更: `fcntl` 模块现在包含 `F_ADD_SEALS`, `F_GET_SEALS` 和 `F_SEAL_*` 常量用于 `os.memfd_create()` 文件描述符的封包。

在 3.9 版本发生变更: 在 macOS 上，`fcntl` 模块暴露了 `F_GETPATH` 常量，它可从文件描述符获取文件的路径。在 Linux(>=3.15) 上，`fcntl` 模块暴露了 `F_OFD_GETLK`, `F_OFD_SETLK` 和 `F_OFD_SETLKW` 常量，它们将在处理打开文件描述锁时被使用。

在 3.10 版本发生变更: 在 Linux >= 2.6.11 中，`fcntl` 模块暴露了 `F_GETPIPE_SZ` 和 `F_SETPIPE_SZ` 常量，它们分别允许检查和修改管道的大小。

在 3.11 版本发生变更: 在 FreeBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_DUP2FD` 和 `F_DUP2FD_CLOEXEC` 常量，它们允许复制文件描述符，后者还额外设置了 `FD_CLOEXEC` 旗标。

在 3.12 版本发生变更: 在 Linux >= 4.5 上，`fcntl` 模块将对外暴露 `FICLONE` 和 `FICLONERANGE` 常量，这允许在某些文件系统（例如 btrfs, OCFS2 和 XFS）上通过引用链接让一个文件与另一个文件共享某些数据。 此行为通常被称为“写入时拷贝”。

在 3.13 版本发生变更: 在 Linux >= 2.6.32 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_GETOWN_EX`, `F_SETOWN_EX`, `F_OWNER_TID`, `F_OWNER_PID`, `F_OWNER_PGRP` 常量，它们允许针对特定线程、进程或进程组的直接 I/O 可用性信号。在 Linux >= 4.13 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_GET_RW_HINT`, `F_SET_RW_HINT`, `F_GET_FILE_RW_HINT`, `F_SET_FILE_RW_HINT` 和 `RWH_WRITE_LIFE_*` 常量，它们允许向内核通知有关在给定 inode 上或通过特定的打开文件描述符写入的相对预计生命期。在 Linux >= 5.1 和 NetBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_SEAL_FUTURE_WRITE` 常量供 `F_ADD_SEALS` 和 `F_GET_SEALS` 操作使用。在 FreeBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_READAHEAD`, `F_ISUNIONSTACK` 和 `F_KINFO` 常量。在 macOS 和 FreeBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_RDAHEAD` 常量。在 NetBSD 和 AIX 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_CLOSEM` 常量。在 NetBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_MAXFD` 常量。在 macOS 和 NetBSD 上，`fcntl` 模块会暴露 `F_GETNOSIGPIPE` 和 `F_SETNOSIGPIPE` 常量。

在 3.14 版本发生变更: 在 Linux >= 6.1 上，`fcntl` 模块暴露了 `F_DUPFD_QUERY` 以查询指向同一文件的文件描述符。

这个模块定义了以下函数：

fcntl.fcntl(fd, cmd, arg=0, /)

  在文件描述符 fd (也接受提供 `fileno()` 方法的文件对象) 上执行操作 cmd。 用作 cmd 的值取决于具体操作系统，并可在 `fcntl` 模块中作为常量访问，并且使用的名称与相应 C 头文件中所使用的相同。 参数 arg 可以是整数值、bytes-like object 或字符串。 arg 的类型和大小必须与相应 C 文件中指定的操作的参数类型和大小相匹配。

  当 arg 是一个整数时，该函数将返回 C `fcntl()` 调用的整数返回值。

  When the argument is bytes-like object, it represents a binary structure, for example, created by `struct.pack()`. A string value is encoded to binary using the UTF-8 encoding. The binary data is copied to a buffer whose address is passed to the C `fcntl()` call. The return value after a successful call is the contents of the buffer, converted to a `bytes` object. The length of the returned object will be the same as the length of the arg argument. This is limited to 1024 bytes.

  如果 `fcntl()` 调用失败，将引发 `OSError`。

  备注

  If the type or the size of arg does not match the type or size of the argument of the operation (for example, if an integer is passed when a pointer is expected, or the information returned in the buffer by the operating system is larger than 1024 bytes), this is most likely to result in a segmentation violation or a more subtle data corruption.

  引发一个 审计事件 `fcntl.fcntl` 并附带参数 `fd`, `cmd`, `arg`。

  在 3.14 版本发生变更: 添加对任意 字节型对象 的支持，而不仅是 `bytes`。

fcntl.ioctl(fd, request, arg=0, mutate_flag=True, /)

  本函数与 `fcntl()` 函数相同，只是参数的处理更加复杂。

  request 形参被限制为能被放入 32 或 64 个比特位的值，具体取决于所在的平台。在 `termios` 模块中还包含一些可被用作 request 参数的额外常量，其名称与相关 C 语言头文件中所使用的相同。

  形参 arg 可以是一个整数，bytes-like object 或者字符串。 arg 的类型和大小必须与对应 C 文档中规定的参数的类型和大小相匹配。

  如果 arg 不支持读写缓冲区接口或者 mutate_flag 为假值，则其行为与 `fcntl()` 函数一样。

  如果 arg 支持读写缓冲区接口 (就像 `bytearray`) 并且 mutate_flag 为（默认的）真值，那么缓冲区（实际上）会被传给下层的 `ioctl()` 系统调用，后者的返回代码则会回传给调用方 Python 对象，而缓冲区的新内容将反映 `ioctl()` 的动作。这里做了一点简化，因为如果给出的缓冲区长度小于 1024 字节则它会先被拷贝到一个长度为 1024 字节的静态缓冲区然后再传给 `ioctl()` 并把结果拷贝回给出的缓冲区。

  如果 `ioctl()` 调用失败，将引发 `OSError` 异常。

  备注

  If the type or size of arg does not match the type or size of the operation's argument (for example, if an integer is passed when a pointer is expected, or the information returned in the buffer by the operating system is larger than 1024 bytes, or the size of the mutable bytes-like object is too small), this is most likely to result in a segmentation violation or a more subtle data corruption.

  举个例子:

      >>> import array, fcntl, struct, termios, os
      >>> os.getpgrp()
      13341
      >>> struct.unpack('h', fcntl.ioctl(0, termios.TIOCGPGRP, "  "))[0]
      13341
      >>> buf = array.array('h', [0])
      >>> fcntl.ioctl(0, termios.TIOCGPGRP, buf, 1)
      0
      >>> buf
      array('h', [13341])

  引发一个 审计事件 `fcntl.ioctl` 并附带参数 `fd`, `request`, `arg`.

  在 3.14 版本发生变更: GIL 总是在系统调用期间被释放。以 EINTR 失败的系统调用会自动重试。

fcntl.flock(fd, operation, /)

  在文件描述符 fd 上执行加锁操作 operation (也接受能提供 `fileno()` 方法的文件对象)。 详见 Unix 手册 flock(2)。 (在某些系统中，此函数是用 `fcntl()` 模拟出来的。)

  如果 `flock()` 调用失败，将引发 `OSError` 异常。

  引发一个 审计事件 `fcntl.flock` 并附带参数 `fd`, `operation`。

fcntl.lockf(fd, cmd, len=0, start=0, whence=0, /)

  本质上是对 `fcntl()` 加锁调用的封装。fd 是要加解锁的文件描述符（也接受能提供 `fileno()` 方法的文件对象），cmd 是以下值之一：

  fcntl.LOCK_UN

    释放一个已存在的锁。

  fcntl.LOCK_SH

    获取一个共享的锁。

  fcntl.LOCK_EX

    获得一个独占的锁。

  fcntl.LOCK_NB

    与其他三个 `LOCK_*` 常量中的任何一个进行位或操作，使请求不阻塞。

  如果使用了 `LOCK_NB` 但无法获取锁，则会引发 `OSError`，异常的 errno 属性会被设置为 `EACCES` 或 `EAGAIN` (取决于操作系统；为便于移植，请检查这两个值)。 至少在某些系统中，只有当文件描述符指向一个已打开供写入的文件时，才能使用 `LOCK_EX`。

  len 是要锁定的字节数，start 是自 whence 开始锁定的字节偏移量，whence 与 `io.IOBase.seek()` 的定义一样，具体来说：

  - `0` -- 相对于文件开头 (`os.SEEK_SET`)

  - `1` -- 相对于当前缓冲区位置 (`os.SEEK_CUR`)

  - `2` -- 相对于文件末尾 (`os.SEEK_END`)

  start 的默认值为 0，表示从文件起始位置开始。len 的默认值是 0，表示加锁至文件末尾。 whence 的默认值也是 0。

  引发一个 审计事件 `fcntl.lockf` 并附带参数 `fd`, `cmd`, `len`, `start`, `whence`.

示例（都是运行于符合 SVR4 的系统）:

    import struct, fcntl, os

    f = open(...)
    rv = fcntl.fcntl(f, fcntl.F_SETFL, os.O_NDELAY)

    lockdata = struct.pack('hhllhh', fcntl.F_WRLCK, 0, 0, 0, 0, 0)
    rv = fcntl.fcntl(f, fcntl.F_SETLKW, lockdata)

注意，在第一个例子中，返回值变量 rv 将存有整数；在第二个例子中，该变量中将存有一个 `bytes` 对象。lockdata 变量的结构布局视系统而定——因此采用 `flock()` 调用可能会更好。

参见

模块 `os`

  如果加锁旗标 `O_SHLOCK` 和 `O_EXLOCK` 存在于 `os` 模块中（仅 BSD 专属），则 `os.open()` 函数提供了对 `lockf()` 和 `flock()` 函数的替代。