+file e directory, iniziando da un approfondimento dell'architettura del
+sistema illustrata a grandi linee in sez.~\ref{sec:file_arch_overview} ed
+illustrando le principali caratteristiche di un filesystem e le interfacce
+che consentono di controllarne il montaggio e lo smontaggio.
+
+Esamineremo poi le funzioni di libreria che si usano per copiare, spostare e
+cambiare i nomi di file e directory e l'interfaccia che permette la
+manipolazione dei loro attributi. Tratteremo inoltre la struttura di base del
+sistema delle protezioni e del controllo dell'accesso ai file e le successive
+estensioni (\textit{Extended Attributes}, ACL, quote disco,
+\textit{capabilities}). Tutto quello che riguarda invece la gestione dell'I/O
+sui file è lasciato al capitolo successivo.
+
+
+
+\section{L'architettura della gestione dei file}
+\label{sec:file_arch_func}
+
+In questa sezione tratteremo con maggiori dettagli rispetto a quanto visto in
+sez.~\ref{sec:file_arch_overview} il \textit{Virtual File System} di Linux e
+come il kernel può gestire diversi tipi di filesystem, descrivendo prima le
+caratteristiche generali di un filesystem di un sistema unix-like, per poi
+fare una panoramica sul filesystem più usato con Linux, l'\acr{ext2} ed i suoi
+successori.
+
+
+\subsection{Il funzionamento del \textit{Virtual File System} di Linux}
+\label{sec:file_vfs_work}
+
+% articolo interessante:
+% http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-virtual-filesystem-switch/index.html?ca=dgr-lnxw97Linux-VFSdth-LXdW&S_TACT=105AGX59&S_CMP=GRlnxw97
+
+\itindbeg{Virtual~File~System}
+
+Come illustrato brevemente in sez.~\ref{sec:file_arch_overview} in Linux il
+concetto di \textit{everything is a file} è stato implementato attraverso il
+\textit{Virtual File System}, la cui struttura generale è illustrata in
+fig.~\ref{fig:file_VFS_scheme}. Il VFS definisce un insieme di funzioni che
+tutti i filesystem devono implementare per l'accesso ai file che contengono e
+l'interfaccia che consente di eseguire l'I/O sui file, che questi siano di
+dati o dispositivi.
+
+L'interfaccia fornita dal VFS comprende in sostanza tutte le funzioni che
+riguardano i file, le operazioni implementate dal VFS sono realizzate con una
+astrazione che prevede quattro tipi di oggetti strettamente correlati: i
+filesystem, le \textit{dentry}, gli \textit{inode} ed i file. A questi oggetti
+corrispondono una serie di apposite strutture definite dal kernel che
+contengono come campi le funzioni di gestione e realizzano l'infrastruttura
+del VFS. L'interfaccia è molto complessa, ne faremo pertanto una trattazione
+estremamente semplificata che consenta di comprenderne i principi
+difunzionamento.
+
+Il VFS usa una tabella mantenuta dal kernel che contiene il nome di ciascun
+filesystem supportato, quando si vuole inserire il supporto di un nuovo
+filesystem tutto quello che occorre è chiamare la funzione
+\code{register\_filesystem} passando come argomento la struttura
+\kstruct{file\_system\_type} (la cui definizione è riportata in
+fig.~\ref{fig:kstruct_file_system_type}) relativa a quel filesystem. Questa
+verrà inserita nella tabella, ed il nuovo filesystem comparirà in
+\procfile{/proc/filesystems}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\textwidth}
+ \includestruct{listati/file_system_type.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Estratto della struttura \kstructd{file\_system\_type} usata dal
+ VFS (da \texttt{include/linux/fs.h}).}
+ \label{fig:kstruct_file_system_type}
+\end{figure}
+
+La struttura \kstruct{file\_system\_type}, oltre ad una serie di dati interni,
+come il nome del tipo di filesystem nel campo \var{name},\footnote{quello che
+ viene riportato in \procfile{/proc/filesystems} e che viene usato come
+ valore del parametro dell'opzione \texttt{-t} del comando \texttt{mount} che
+ indica il tipo di filesystem.} contiene i riferimenti alle funzioni di base
+che consentono l'utilizzo di quel filesystem. In particolare la funzione
+\code{mount} del quarto campo è quella che verrà invocata tutte le volte che
+si dovrà effettuare il montaggio di un filesystem di quel tipo. Per ogni nuovo
+filesystem si dovrà allocare una di queste strutture ed inizializzare i
+relativi campi con i dati specifici di quel filesystem, ed in particolare si
+dovrà creare anche la relativa versione della funzione \code{mount}.
+
+Come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file_system_type} questa funzione
+restituisce una \textit{dentry}, abbreviazione che sta per \textit{directory
+ entry}. Le \textit{dentry} sono gli oggetti che il kernel usa per eseguire
+la \textit{pathname resolution}, ciascuna di esse corrisponde ad un
+\textit{pathname} e contiene il riferimento ad un \textit{inode}, che come
+vedremo a breve è l'oggetto usato dal kernel per identificare un un
+file.\footnote{in questo caso si parla di file come di un qualunque oggetto
+ generico che sta sul filesystem e non dell'oggetto file del VFS cui
+ accennavamo prima.} La \textit{dentry} ottenuta dalla chiamata alla funzione
+\code{mount} sarà inserita in corrispondenza al \textit{pathname} della
+directory in cui il filesystem è stato montato.
+
+% NOTA: struct dentry è dichiarata in include/linux/dcache.h
+
+Le \textit{dentry} sono oggetti del VFS che vivono esclusivamente in memoria,
+nella cosiddetta \textit{directory entry cache} (spesso chiamata in breve
+\textit{dcache}). Ogni volta che una \textit{system call} specifica un
+\textit{pathname} viene effettuata una ricerca nella \textit{dcache} per
+ottenere immediatamente la \textit{dentry} corrispondente,\footnote{il buon
+ funzionamento della \textit{dcache} è in effetti di una delle parti più
+ critiche per le prestazioni del sistema.} che a sua volta ci darà, tramite
+l'\textit{inode}, il riferimento al file.
+
+Dato che normalmente non è possibile mantenere nella \textit{dcache} le
+informazioni relative a tutto l'albero dei file la procedura della
+\textit{pathname resolution} richiede un meccanismo con cui riempire gli
+eventuali vuoti. Il meccanismo prevede che tutte le volte che si arriva ad una
+\textit{dentry} mancante venga invocata la funzione \texttt{lookup} dell'inode
+associato alla \textit{dentry} precedente nella risoluzione del
+\textit{pathname},\footnote{che a questo punto è una directory, per cui si può
+ cercare al suo interno il nome di un file.} il cui scopo è risolvere il nome
+mancante e fornire la sua \textit{dentry} che a questo punto verrà inserita
+nella cache.
+
+Dato che tutte le volte che si monta un filesystem la funzione \texttt{mount}
+della corrispondente \kstruct{file\_system\_type} inserisce la \textit{dentry}
+iniziale nel \itindex{mount~point} \textit{mount point} dello stesso si avrà
+comunque un punto di partenza. Inoltre essendo questa \textit{dentry} relativa
+a quel tipo di filesystem essa farà riferimento ad un \textit{inode} di quel
+filesystem, e come vedremo questo farà sì che venga eseguita una
+\texttt{lookup} adatta per effettuare la risoluzione dei nomi per quel
+filesystem.
+
+% Un secondo effetto della chiamata funzione \texttt{mount} di
+% \kstruct{file\_system\_type} è quello di allocare una struttura
+% \kstruct{super\_block} per ciascuna istanza montata, che contiene le
+% informazioni generali di un qualunque filesystem montato, come le opzioni di
+% montaggio, le dimensioni dei blocchi, quando il filesystem è stato montato
+% ecc. Fra queste però viene pure inserta, nel campo \var{s\_op}, una ulteriore
+% struttura \kstruct{super\_operations}, il cui contenuto sono i puntatori
+% alle funzioni di gestione di un filesystem, anche inizializzata in modo da
+% utilizzare le versioni specifiche di quel filesystem.
+
+L'oggetto più importante per il funzionamento del VFS è probabilmente
+l'\textit{inode}, ma con questo nome si può fare riferimento a due cose
+diverse. La prima è la struttura su disco (su cui torneremo anche in
+sez.~\ref{sec:file_filesystem}) che fa parte della organizzazione dei dati
+realizzata dal filesystem e che contiene le informazioni relative alle
+proprietà (i cosiddetti \textsl{metadati}) di ogni oggetto presente su di esso
+(si intende al solito uno qualunque dei tipi di file di
+tab.~\ref{tab:file_file_types}).
+
+La seconda è la corrispondente struttura \kstruct{inode}, della cui
+definizione si è riportato un estratto in
+fig.~\ref{fig:kstruct_inode}.\footnote{l'estratto fa riferimento alla versione
+ del kernel 2.6.37.} Questa struttura viene mantenuta in memoria ed è a
+questa che facevamo riferimento quando parlavamo dell'\textit{inode} associato
+a ciascuna \textit{dentry}. Nella struttura in memoria sono presenti gli
+stessi \textsl{metadati} memorizzati su disco, che vengono letti quando questa
+struttura viene allocata e trascritti all'indietro se modificati.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\textwidth}
+ \includestruct{listati/inode.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Estratto della struttura \kstructd{inode} del kernel (da
+ \texttt{include/linux/fs.h}).}
+ \label{fig:kstruct_inode}
+\end{figure}
+
+Il fatto che la struttura \kstruct{inode} sia mantenuta in memoria,
+direttamente associata ad una \textit{dentry}, rende sostanzialmente immediate
+le operazioni che devono semplicemente effettuare un accesso ai dati in essa
+contenuti: è così ad esempio che viene realizzata la \textit{system call}
+\func{stat} che vedremo in sez.~\ref{sec:file_stat}. Rispetto ai dati salvati
+sul disco questa struttura contiene però anche quanto necessario alla
+implementazione del VFS, ed in particolare è importante il campo \var{i\_op}
+che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_inode}, contiene il puntatore ad
+una struttura di tipo \kstruct{inode\_operation}, la cui definizione si può
+trovare nel file \texttt{include/kernel/fs.h} dei sorgenti del kernel.
+
+Questa struttura non è altro che una tabella di funzioni, ogni suo membro cioè
+è un puntatore ad una funzione e, come suggerisce il nome della struttura
+stessa, queste funzioni sono quelle che definiscono le operazioni che il VFS
+può compiere su un \textit{inode}. Si sono riportate in
+tab.~\ref{tab:file_inode_operations} le più rilevanti.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Funzione} & \textbf{Operazione} \\
+ \hline
+ \hline
+ \textsl{\code{create}} & Chiamata per creare un nuovo file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_open}).\\
+ \textsl{\code{link}} & Crea un \textit{hard link} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_link}).\\
+ \textsl{\code{unlink}} & Cancella un \textit{hard link} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_link}).\\
+ \textsl{\code{symlink}}& Crea un link simbolico (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_symlink}).\\
+ \textsl{\code{mkdir}} & Crea una directory (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_dir_creat_rem}).\\
+ \textsl{\code{rmdir}} & Rimuove una directory (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_dir_creat_rem}).\\
+ \textsl{\code{mknod}} & Crea un file speciale (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_mknod}).\\
+ \textsl{\code{rename}} & Cambia il nome di un file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_remove}).\\
+ \textsl{\code{lookup}}& Risolve il nome di un file.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le principali operazioni sugli \textit{inode} definite tramite
+ \kstruct{inode\_operation}.}
+ \label{tab:file_inode_operations}
+\end{table}
+
+Possiamo notare come molte di queste funzioni abbiano nomi sostanzialmente
+identici alle varie \textit{system call} con le quali si gestiscono file e
+directory, che tratteremo nel resto del capitolo. Quello che succede è che
+tutte le volte che deve essere eseguita una \textit{system call}, o una
+qualunque altra operazione su un \textit{inode} (come \texttt{lookup}) il VFS
+andrà ad utilizzare la funzione corrispondente attraverso il puntatore
+\var{i\_op}.
+
+Sarà allora sufficiente che nella realizzazione di un filesystem si crei una
+implementazione di queste funzioni per quel filesystem e si allochi una
+opportuna istanza di \kstruct{inode\_operation} contenente i puntatori a dette
+funzioni. A quel punto le strutture \kstruct{inode} usate per gli oggetti di
+quel filesystem otterranno il puntatore alla relativa istanza di
+\kstruct{inode\_operation} e verranno automaticamente usate le funzioni
+corrette.
+
+Si noti però come in tab.~\ref{tab:file_inode_operations} non sia presente la
+funzione \texttt{open} che invece è citata in
+tab.~\ref{tab:file_file_operations}.\footnote{essa può essere comunque
+ invocata dato che nella struttura \kstruct{inode} è presente anche il
+ puntatore \func{i\_fop} alla struttura \kstruct{file\_operation} che
+ fornisce detta funzione.} Questo avviene perché su Linux l'apertura di un
+file richiede comunque un'altra operazione che mette in gioco l'omonimo
+oggetto del VFS: l'allocazione di una struttura di tipo \kstruct{file} che
+viene associata ad ogni file aperto nel sistema.
+
+I motivi per cui viene usata una struttura a parte sono diversi, anzitutto,
+come illustrato in sez.~\ref{sec:file_fd}, questa è necessaria per le
+operazioni eseguite dai processi con l'interfaccia dei file descriptor; ogni
+processo infatti mantiene il riferimento ad una struttura \kstruct{file} per
+ogni file che ha aperto, ed è tramite essa che esegue le operazioni di I/O.
+
+Inoltre se le operazioni relative agli \textit{inode} fanno riferimento ad
+oggetti posti all'interno di un filesystem e vi si applicano quindi le
+funzioni fornite nell'implementazione di quest'ultimo, quando si apre un file
+questo può essere anche un file di dispositivo, ed in questo caso il VFS
+invece di usare le operazioni fornite dal filesystem (come farebbe per un file
+di dati) dovrà invece ricorrere a quelle fornite dal driver del dispositivo.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\textwidth}
+ \includestruct{listati/file.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Estratto della struttura \kstructd{file} del kernel (da
+ \texttt{include/linux/fs.h}).}
+ \label{fig:kstruct_file}
+\end{figure}
+
+Come si può notare dall'estratto di fig.~\ref{fig:kstruct_file}, la struttura
+contiene, oltre ad alcune informazioni usate dall'interfaccia dei file
+descriptor il cui significato emergerà più avanti, il puntatore \struct{f\_op}
+ad una struttura \kstruct{file\_operation}. Questa è l'analoga per i file di
+\kstruct{inode\_operation}, e definisce le operazioni generiche fornite dal
+VFS per i file. Si sono riportate in tab.~\ref{tab:file_file_operations} le
+più significative.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Funzione} & \textbf{Operazione} \\
+ \hline
+ \hline
+ \textsl{\code{open}} & Apre il file (vedi sez.~\ref{sec:file_open}).\\
+ \textsl{\code{read}} & Legge dal file (vedi sez.~\ref{sec:file_read}).\\
+ \textsl{\code{write}} & Scrive sul file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_write}).\\
+ \textsl{\code{llseek}} & Sposta la posizione corrente sul file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_lseek}).\\
+ \textsl{\code{ioctl}} & Accede alle operazioni di controllo
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}).\\
+ \textsl{\code{readdir}}& Legge il contenuto di una directory (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_dir_read}).\\
+ \textsl{\code{poll}} & Usata nell'I/O multiplexing (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_multiplexing}).\\
+ \textsl{\code{mmap}} & Mappa il file in memoria (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_memory_map}).\\
+ \textsl{\code{release}}& Chiamata quando l'ultimo riferimento a un file
+ aperto è chiuso.\\
+ \textsl{\code{fsync}} & Sincronizza il contenuto del file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_sync}).\\
+ \textsl{\code{fasync}} & Abilita l'I/O asincrono (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}) sul file.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Operazioni sui file definite tramite \kstruct{file\_operation}.}
+ \label{tab:file_file_operations}
+\end{table}
+
+Anche in questo caso tutte le volte che deve essere eseguita una
+\textit{system call} o una qualunque altra operazione sul file il VFS andrà ad
+utilizzare la funzione corrispondente attraverso il puntatore
+\var{f\_op}. Dato che è cura del VFS quando crea la struttura all'apertura del
+file, assegnare a \var{f\_op} il puntatore alla versione di
+\kstruct{file\_operation} corretta per quel file, sarà possibile scrivere allo
+stesso modo sulla porta seriale come su un normale file di dati, e lavorare
+sui file allo stesso modo indipendentemente dal filesystem.
+
+Il VFS realizza la quasi totalità delle operazioni relative ai file grazie
+alle funzioni presenti nelle due strutture \kstruct{inode\_operation} e
+\kstruct{file\_operation}. Ovviamente non è detto che tutte le operazioni
+possibili siano poi disponibili in tutti i casi, ad esempio una \code{seek}
+non è realizzabile per un dispositivo come la porta seriale o per una fifo,
+mentre sui file del filesystem \texttt{vfat} non sono disponibili i permessi,
+ma resta il fatto che grazie al VFS le \textit{system call} per le operazioni
+sui file restano sempre le stesse nonostante le enormi differenze che possono
+esserci negli oggetti a cui si applicano.
+
+
+\itindend{Virtual~File~System}
+
+
+\subsection{Il funzionamento di un filesystem Unix}
+\label{sec:file_filesystem}
+
+Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_arch_overview} Linux (ed ogni sistema
+unix-like) organizza i dati che tiene su disco attraverso l'uso di un
+filesystem. Una delle caratteristiche di Linux rispetto agli altri Unix è
+quella di poter supportare, grazie al VFS, una enorme quantità di filesystem
+diversi, ognuno dei quali avrà una sua particolare struttura e funzionalità
+proprie. Per questo non entreremo nei dettagli di un filesystem specifico, ma
+daremo una descrizione a grandi linee che si adatta alle caratteristiche
+comuni di qualunque filesystem di un sistema unix-like.
+
+Una possibile strutturazione dell'informazione su un disco è riportata in
+fig.~\ref{fig:file_disk_filesys}, dove si hanno tre filesystem su tre
+partizioni. In essa per semplicità si è fatto riferimento alla struttura del
+filesystem \acr{ext2}, che prevede una suddivisione dei dati in \textit{block
+ group}. All'interno di ciascun \textit{block group} viene anzitutto
+replicato il cosiddetto \textit{superblock}, (la struttura che contiene
+l'indice iniziale del filesystem e che consente di accedere a tutti i dati
+sottostanti) e creata una opportuna suddivisione dei dati e delle informazioni
+per accedere agli stessi. Sulle caratteristiche di \acr{ext2} e derivati
+torneremo in sez.~\ref{sec:file_ext2}.
+
+È comunque caratteristica comune di tutti i filesystem per Unix,
+indipendentemente da come poi viene strutturata nei dettagli questa
+informazione, prevedere la presenza di due tipi di risorse: gli
+\itindex{inode} \textit{inode}, cui abbiamo già accennato in
+sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, che sono le strutture che identificano i singoli
+oggetti sul filesystem, e i blocchi, che invece attengono allo spazio disco
+che viene messo a disposizione per i dati in essi contenuti.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=12cm]{img/disk_struct}
+ \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e
+ filesystem.}
+ \label{fig:file_disk_filesys}
+\end{figure}
+
+Se si va ad esaminare con maggiore dettaglio la strutturazione
+dell'informazione all'interno del filesystem \textsl{ext2}, tralasciando i
+dettagli relativi al funzionamento del filesystem stesso come la
+strutturazione in gruppi dei blocchi, il \textit{superblock} e tutti i dati di
+gestione possiamo esemplificare la situazione con uno schema come quello
+esposto in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/filesys_struct}
+ \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem.}
+ \label{fig:file_filesys_detail}
+\end{figure}
+
+Da fig.~\ref{fig:file_filesys_detail} si evidenziano alcune delle
+caratteristiche di base di un filesystem, che restano le stesse anche su
+filesystem la cui organizzazione dei dati è totalmente diversa da quella
+illustrata, e sulle quali è bene porre attenzione visto che sono fondamentali
+per capire il funzionamento delle funzioni che manipolano i file e le
+directory che tratteremo nel prosieguo del capitolo. In particolare è
+opportuno tenere sempre presente che:
+
+\begin{enumerate}
+
+\item L'\textit{inode} \itindex{inode} contiene tutte le informazioni, i
+ cosiddetti \textsl{metadati}, riguardanti il file: il tipo di file, i
+ permessi di accesso, le dimensioni, i puntatori ai blocchi fisici che
+ contengono i dati e così via. Le informazioni che la funzione \func{stat}
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_stat}) fornisce provengono dall'\textit{inode}.
+ Dentro una directory si troverà solo il nome del file e il numero
+ \itindex{inode} dell'\textit{inode} ad esso associato, cioè quella che da
+ qui in poi chiameremo una \textsl{voce}, che abbiamo scelto come traduzione
+ dell'inglese \textit{directory entry}, che non useremo anche per evitare
+ confusione con le \textit{dentry} del kernel di cui si parlava in
+ sez.~\ref{sec:file_vfs_work}.
+
+\item Come mostrato in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail} si possono avere più
+ voci che puntano allo stesso \textit{inode}. Ogni \textit{inode} ha un
+ contatore che contiene il numero di riferimenti che sono stati fatti ad esso
+ (il cosiddetto \textit{link count}); solo quando questo contatore si annulla
+ i dati del file vengono effettivamente rimossi dal disco. Per questo la
+ funzione per cancellare un file si chiama \func{unlink} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_link}), ed in realtà non cancella affatto i dati del
+ file, ma si limita ad eliminare la relativa voce da una directory e
+ decrementare il numero di riferimenti \itindex{inode} nell'\textit{inode}.
+
+\item All'interno di ogni filesystem ogni \textit{inode} è identificato da un
+ numero univoco. Il numero di \textit{inode} nella voce si riferisce ad un
+ \textit{inode} a questo numero e non ci può essere una directory che
+ contiene riferimenti ad \itindex{inode} \textit{inode} relativi ad altri
+ filesystem. Questo limita l'uso del comando \cmd{ln} (che crea una nuova
+ voce per un file esistente con la funzione \func{link}) al filesystem
+ corrente.
+
+\item Quando si cambia nome ad un file senza cambiare filesystem, il contenuto
+ del file non viene spostato fisicamente, viene semplicemente creata una
+ nuova voce per \itindex{inode} l'\textit{inode} in questione e rimossa la
+ vecchia (questa è la modalità in cui opera normalmente il comando \cmd{mv}
+ attraverso la funzione \func{rename}, vedi
+ sez.~\ref{sec:file_remove}). Questa operazione non modifica minimamente
+ neanche l'\textit{inode} del file dato che non si opera su questo ma sulla
+ directory che lo contiene.
+
+\item Gli \textit{inode} dei file, che contengono i \textsl{metadati} ed i
+ blocchi di spazio disco, che contengono i dati, sono risorse indipendenti ed
+ in genere vengono gestite come tali anche dai diversi filesystem; è pertanto
+ possibile sia esaurire lo spazio disco (caso più comune) che lo spazio per
+ gli \textit{inode}, nel primo caso non sarà possibile allocare ulteriore
+ spazio, ma si potranno creare file (vuoti), nel secondo non si potranno
+ creare nuovi file, ma si potranno estendere quelli che ci sono.
+
+\end{enumerate}
+
+Infine si noti che, essendo file pure loro, il numero di riferimenti esiste
+anche per le directory; per cui, se a partire dalla situazione mostrata in
+fig.~\ref{fig:file_filesys_detail} creiamo una nuova directory \file{img}
+nella directory \file{gapil}, avremo una situazione come quella in
+fig.~\ref{fig:file_dirs_link}, dove per chiarezza abbiamo aggiunto dei numeri
+di \itindex{inode} inode.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/dir_links}
+ \caption{Organizzazione dei \textit{link} per le directory.}
+ \label{fig:file_dirs_link}
+\end{figure}
+
+La nuova directory avrà allora un numero di riferimenti pari a due, in quanto
+è referenziata dalla directory da cui si era partiti (in cui è inserita la
+nuova voce che fa riferimento a \texttt{img}) e dalla voce ``\texttt{.}'' che
+è sempre inserita in ogni directory; questo vale sempre per ogni directory che
+non contenga a sua volta altre directory. Al contempo, la directory da cui si
+era partiti avrà un numero di riferimenti di almeno tre, in quanto adesso sarà
+referenziata anche dalla voce ``\texttt{..}'' di \texttt{img}.
+
+
+\subsection{I filesystem di uso comune}
+\label{sec:file_ext2}
+
+Il filesystem standard più usato con Linux è il cosiddetto \textit{third
+ extended filesystem}, identificato dalla sigla \acr{ext3}.\footnote{si fa
+ riferimento al momento della stesura di questo paragrafo, l'inizio del
+ 2010.} Esso nasce come evoluzione del precedente \textit{second extended
+ filesystem}, o \acr{ext2}, di cui eredita gran parte delle caratteristiche
+di base, per questo motivo parleremo anzitutto di questo, dato che molto di
+quanto diremo si applica anche ad \acr{ext3}. A partire dal kernel 2.6.XX è
+stato dichiarato stabile il nuovo filsesystem \textit{ext4}, ulteriore
+evoluzione di \textit{ext3} dotato di molte caratteristiche avanzate, che sta
+iniziando a sostituirlo gradualmente.
+
+Il filesystem \acr{ext2} nasce come filesystem nativo di Linux a partire dalle
+prime versioni del kernel e supporta tutte le caratteristiche di un filesystem
+standard Unix: è in grado di gestire nomi di file lunghi (256 caratteri,
+estensibili a 1012) e supporta una dimensione massima dei file fino a 4~Tb. I
+successivi filesystem \acr{ext3} ed \acr{ext4} sono evoluzioni di questo
+filesystem, e sia pure con molti miglioramenti ed estensioni significative ne
+mantengono in sostanza le caratteristiche fondamentali.
+
+Oltre alle caratteristiche standard, \acr{ext2} fornisce alcune estensioni che
+non sono presenti su un classico filesystem di tipo Unix; le principali sono
+le seguenti:
+\begin{itemize}
+\item i \textit{file attributes} consentono di modificare il comportamento del
+ kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere impostati su file e
+ directory e in quest'ultimo caso i nuovi file creati nella directory
+ ereditano i suoi attributi.
+\item sono supportate entrambe le semantiche di BSD e SVr4 come opzioni di
+ montaggio. La semantica BSD comporta che i file in una directory sono creati
+ con lo stesso identificatore di gruppo della directory che li contiene. La
+ semantica SVr4 comporta che i file vengono creati con l'identificatore del
+ gruppo primario del processo, eccetto il caso in cui la directory ha il bit
+ di \acr{sgid} impostato (per una descrizione dettagliata del significato di
+ questi termini si veda sez.~\ref{sec:file_access_control}), nel qual caso
+ file e subdirectory ereditano sia il \acr{gid} che lo \acr{sgid}.
+\item l'amministratore può scegliere la dimensione dei blocchi del filesystem
+ in fase di creazione, a seconda delle sue esigenze (blocchi più grandi
+ permettono un accesso più veloce, ma sprecano più spazio disco).
+\item il filesystem implementa link simbolici veloci, in cui il nome del file
+ non è salvato su un blocco, ma tenuto all'interno \itindex{inode} dell'inode
+ (evitando letture multiple e spreco di spazio), non tutti i nomi però
+ possono essere gestiti così per limiti di spazio (il limite è 60 caratteri).
+\item vengono supportati i file immutabili (che possono solo essere letti) per
+ la protezione di file di configurazione sensibili, o file
+ \textit{append-only} che possono essere aperti in scrittura solo per
+ aggiungere dati (caratteristica utilizzabile per la protezione dei file di
+ log).
+\end{itemize}
+
+La struttura di \acr{ext2} è stata ispirata a quella del filesystem di BSD: un
+filesystem è composto da un insieme di blocchi, la struttura generale è quella
+riportata in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, in cui la partizione è divisa
+in gruppi di blocchi.\footnote{non si confonda questa definizione con
+ quella riportata in fig.~\ref{fig:file_dirent_struct}; in quel caso si fa
+ riferimento alla struttura usata in user space per riportare i dati
+ contenuti in una directory generica, questa fa riferimento alla struttura
+ usata dal kernel per un filesystem \acr{ext2}, definita nel file
+ \texttt{ext2\_fs.h} nella directory \texttt{include/linux} dei sorgenti del
+ kernel.}
+
+Ciascun gruppo di blocchi contiene una copia delle informazioni essenziali del
+filesystem (superblock e descrittore del filesystem sono quindi ridondati) per
+una maggiore affidabilità e possibilità di recupero in caso di corruzione del
+superblock principale. L'utilizzo di raggruppamenti di blocchi ha inoltre
+degli effetti positivi nelle prestazioni dato che viene ridotta la distanza
+fra i dati e la tabella degli \itindex{inode} inode.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=9cm]{img/dir_struct}
+ \caption{Struttura delle directory nel \textit{second extented filesystem}.}
+ \label{fig:file_ext2_dirs}
+\end{figure}
+
+Le directory sono implementate come una \itindex{linked~list} \textit{linked
+ list} con voci di dimensione variabile. Ciascuna voce della lista contiene
+il numero di inode \itindex{inode}, la sua lunghezza, il nome del file e la sua
+lunghezza, secondo lo schema in fig.~\ref{fig:file_ext2_dirs}; in questo modo
+è possibile implementare nomi per i file anche molto lunghi (fino a 1024
+caratteri) senza sprecare spazio disco.
+
+Con l'introduzione del filesystem \textit{ext3} sono state introdotte anche
+alcune modifiche strutturali, la principale di queste è quella che
+\textit{ext3} è un filesystem \textit{jounrnaled}, è cioè in grado di eseguire
+una registrazione delle operazioni di scrittura su un giornale (uno speciale
+file interno) in modo da poter garantire il ripristino della coerenza dei dati
+del filesystem\footnote{si noti bene che si è parlato di dati \textsl{del}
+ filesystem, non di dati \textsl{nel} filesystem, quello di cui viene
+ garantito un veloce ripristino è relativo ai dati della struttura interna
+ del filesystem, non di eventuali dati contenuti nei file che potrebbero
+ essere stati persi.} in brevissimo tempo in caso di interruzione improvvisa
+della corrente o di crollo del sistema che abbia causato una interruzione
+della scrittura dei dati sul disco.
+
+Oltre a questo \textit{ext3} introduce ulteriori modifiche volte a migliorare
+sia le prestazioni che la semplicità di gestione del filesystem, in
+particolare per le directory si è passato all'uso di alberi binari con
+indicizzazione tramite hash al posto delle \textit{linked list}, ottenendo un
+forte guadagno di prestazioni in caso di directory contenenti un gran numero
+di file.
+
+% TODO portare a ext3, ext4 e btrfs ed illustrare le problematiche che si
+% possono incontrare (in particolare quelle relative alla perdita di contenuti
+% in caso di crash del sistema)
+
+
+\subsection{La gestione dei filesystem}
+\label{sec:sys_file_config}
+
+Come accennato in sez.~\ref{sec:file_arch_overview} per poter accedere ai file
+occorre prima rendere disponibile al sistema il filesystem su cui essi sono
+memorizzati; l'operazione di attivazione del filesystem è chiamata
+\textsl{montaggio}, per far questo in Linux\footnote{la funzione è specifica
+ di Linux e non è portabile.} si usa la funzione \funcd{mount} il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/mount.h}
+{mount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype,
+ unsigned long mountflags, const void *data)}
+
+Monta il filesystem di tipo \param{filesystemtype} contenuto in \param{source}
+sulla directory \param{target}.
+
+ \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ fallimento, nel qual caso gli errori comuni a tutti i filesystem che possono
+ essere restituiti in \var{errno} sono:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EPERM}] il processo non ha i privilegi di amministratore.
+ \item[\errcode{ENODEV}] \param{filesystemtype} non esiste o non è configurato
+ nel kernel.
+ \item[\errcode{ENOTBLK}] non si è usato un \textit{block device} per
+ \param{source} quando era richiesto.
+ \item[\errcode{EBUSY}] \param{source} è già montato, o non può essere
+ rimontato in read-only perché ci sono ancora file aperti in scrittura, o
+ \param{target} è ancora in uso.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il device \param{source} presenta un
+ \textit{superblock} non valido, o si è cercato di rimontare un filesystem
+ non ancora montato, o di montarlo senza che \param{target} sia un
+ \itindex{mount~point} \textit{mount point} o di spostarlo
+ quando \param{target} non è un \itindex{mount~point} \textit{mount point}
+ o è \file{/}.
+ \item[\errcode{EACCES}] non si ha il permesso di accesso su uno dei
+ componenti del \itindex{pathname} \textit{pathname}, o si è cercato
+ di montare un filesystem disponibile in sola lettura senza averlo
+ specificato o il device \param{source} è su un filesystem montato con
+ l'opzione \const{MS\_NODEV}.
+ \item[\errcode{ENXIO}] il \itindex{major~number} \textit{major number} del
+ device \param{source} è sbagliato.
+ \item[\errcode{EMFILE}] la tabella dei device \textit{dummy} è piena.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{ENOTDIR}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM},
+ \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT} o \errval{ELOOP}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione monta sulla directory \param{target}, detta \itindex{mount~point}
+\textit{mount point}, il filesystem contenuto in \param{source}. In generale
+un filesystem è contenuto su un disco, e l'operazione di montaggio corrisponde
+a rendere visibile al sistema il contenuto del suddetto disco, identificato
+attraverso il file di dispositivo ad esso associato.
+
+Ma la struttura del \textit{Virtual File System} vista in
+sez.~\ref{sec:file_vfs_work} è molto più flessibile e può essere usata anche
+per oggetti diversi da un disco. Ad esempio usando il \textit{loop device} si
+può montare un file qualunque (come l'immagine di un CD-ROM o di un floppy)
+che contiene un filesystem, inoltre alcuni filesystem, come \file{proc} o
+\file{devfs} sono del tutto virtuali, i loro dati sono generati al volo ad
+ogni lettura, e passati al kernel ad ogni scrittura.
+
+Il tipo di filesystem è specificato da \param{filesystemtype}, che deve essere
+una delle stringhe riportate nel file \procfile{/proc/filesystems}, che
+contiene l'elenco dei filesystem supportati dal kernel; nel caso si sia
+indicato uno dei filesystem virtuali, il contenuto di \param{source} viene
+ignorato.
+
+Dopo l'esecuzione della funzione il contenuto del filesystem viene resto
+disponibile nella directory specificata come \itindex{mount~point}
+\textit{mount point}, il precedente contenuto di detta directory viene
+mascherato dal contenuto della directory radice del filesystem montato.
+
+Dal kernel 2.4.x inoltre è divenuto possibile sia spostare atomicamente un
+\itindex{mount~point} \textit{mount point} da una directory ad un'altra, sia
+montare in diversi \itindex{mount~point} \textit{mount point} lo stesso
+filesystem, sia montare più filesystem sullo stesso \itindex{mount~point}
+\textit{mount point} (nel qual caso vale quanto appena detto, e solo il
+contenuto dell'ultimo filesystem montato sarà visibile).
+
+Ciascun filesystem è dotato di caratteristiche specifiche che possono essere
+attivate o meno, alcune di queste sono generali (anche se non è detto siano
+disponibili in ogni filesystem), e vengono specificate come opzioni di
+montaggio con l'argomento \param{mountflags}.
+
+In Linux \param{mountflags} deve essere un intero a 32 bit i cui 16 più
+significativi sono un \itindex{magic~number} \textit{magic
+ number}\footnote{che nel caso è \code{0xC0ED}, si può usare la costante
+ \const{MS\_MGC\_MSK} per ottenere la parte di \param{mountflags} riservata
+ al \textit{magic number}.} mentre i 16 meno significativi sono usati per
+specificare le opzioni; essi sono usati come maschera binaria e vanno
+impostati con un OR aritmetico della costante \const{MS\_MGC\_VAL} con i
+valori riportati in tab.~\ref{tab:sys_mount_flags}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \footnotesize
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|l|r|l|}
+ \hline
+ \textbf{Parametro} & \textbf{Valore}&\textbf{Significato}\\
+ \hline
+ \hline
+ \const{MS\_RDONLY} & 1 & Monta in sola lettura.\\
+ \const{MS\_NOSUID} & 2 & Ignora i bit \itindex{suid~bit} \acr{suid} e
+ \itindex{sgid~bit} \acr{sgid}.\\
+ \const{MS\_NODEV} & 4 & Impedisce l'accesso ai file di dispositivo.\\
+ \const{MS\_NOEXEC} & 8 & Impedisce di eseguire programmi.\\
+ \const{MS\_SYNCHRONOUS}& 16 & Abilita la scrittura sincrona.\\
+ \const{MS\_REMOUNT} & 32 & Rimonta il filesystem cambiando le opzioni.\\
+ \const{MS\_MANDLOCK} & 64 & Consente il \textit{mandatory locking}
+ \itindex{mandatory~locking} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_mand_locking}).\\
+ \const{S\_WRITE} & 128 & Scrive normalmente.\\
+ \const{S\_APPEND} & 256 & Consente la scrittura solo in
+ \itindex{append~mode} \textit{append mode}
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_sharing}).\\
+ \const{S\_IMMUTABLE} & 512 & Impedisce che si possano modificare i file.\\
+ \const{MS\_NOATIME} &1024 & Non aggiorna gli \textit{access time} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_file_times}).\\
+ \const{MS\_NODIRATIME}&2048 & Non aggiorna gli \textit{access time} delle
+ directory.\\
+ \const{MS\_BIND} &4096 & Monta il filesystem altrove.\\
+ \const{MS\_MOVE} &8192 & Sposta atomicamente il punto di montaggio.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Tabella dei codici dei flag di montaggio di un filesystem.}
+ \label{tab:sys_mount_flags}
+\end{table}
+
+% TODO aggiornare con i nuovi flag di man mount
+% gli S_* non esistono più come segnalato da Alessio...
+% verificare i readonly mount bind del 2.6.26
+
+Per l'impostazione delle caratteristiche particolari di ciascun filesystem si
+usa invece l'argomento \param{data} che serve per passare le ulteriori
+informazioni necessarie, che ovviamente variano da filesystem a filesystem.
+
+La funzione \func{mount} può essere utilizzata anche per effettuare il
+\textsl{rimontaggio} di un filesystem, cosa che permette di cambiarne al volo
+alcune delle caratteristiche di funzionamento (ad esempio passare da sola
+lettura a lettura/scrittura). Questa operazione è attivata attraverso uno dei
+bit di \param{mountflags}, \const{MS\_REMOUNT}, che se impostato specifica che
+deve essere effettuato il rimontaggio del filesystem (con le opzioni
+specificate dagli altri bit), anche in questo caso il valore di \param{source}
+viene ignorato.
+
+Una volta che non si voglia più utilizzare un certo filesystem è possibile
+\textsl{smontarlo} usando la funzione \funcd{umount}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/mount.h}{umount(const char *target)}
+
+ Smonta il filesystem montato sulla directory \param{target}.
+
+ \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ fallimento, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EPERM}] il processo non ha i privilegi di amministratore.
+ \item[\errcode{EBUSY}] \param{target} è la directory di lavoro di qualche
+ processo, o contiene dei file aperti, o un altro mount point.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{ENOTDIR}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM},
+ \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT} o \errval{ELOOP}.}
+\end{prototype}
+\noindent la funzione prende il nome della directory su cui il filesystem è
+montato e non il file o il dispositivo che è stato montato,\footnote{questo è
+ vero a partire dal kernel 2.3.99-pre7, prima esistevano due chiamate
+ separate e la funzione poteva essere usata anche specificando il file di
+ dispositivo.} in quanto con il kernel 2.4.x è possibile montare lo stesso
+dispositivo in più punti. Nel caso più di un filesystem sia stato montato
+sullo stesso \itindex{mount~point} \textit{mount point} viene smontato quello
+che è stato montato per ultimo.
+
+Si tenga presente che la funzione fallisce quando il filesystem è
+\textsl{occupato}, questo avviene quando ci sono ancora file aperti sul
+filesystem, se questo contiene la directory di lavoro corrente di un qualunque
+processo o il \itindex{mount~point} \textit{mount point} di un altro
+filesystem; in questo caso l'errore restituito è \errcode{EBUSY}.
+
+Linux provvede inoltre una seconda funzione, \funcd{umount2}, che in alcuni
+casi permette di forzare lo smontaggio di un filesystem, anche quando questo
+risulti occupato; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/mount.h}{umount2(const char *target, int flags)}
+
+ La funzione è identica a \func{umount} per comportamento e codici di errore,
+ ma con \param{flags} si può specificare se forzare lo smontaggio.
+\end{prototype}
+
+Il valore di \param{flags} è una maschera binaria, e al momento l'unico valore
+definito è il bit \const{MNT\_FORCE}; gli altri bit devono essere nulli.
+Specificando \const{MNT\_FORCE} la funzione cercherà di liberare il filesystem
+anche se è occupato per via di una delle condizioni descritte in precedenza. A
+seconda del tipo di filesystem alcune (o tutte) possono essere superate,
+evitando l'errore di \errcode{EBUSY}. In tutti i casi prima dello smontaggio
+viene eseguita una sincronizzazione dei dati.
+
+% TODO documentare MNT_DETACH e MNT_EXPIRE ...
+
+Altre due funzioni specifiche di Linux,\footnote{esse si trovano anche su BSD,
+ ma con una struttura diversa.} utili per ottenere in maniera diretta
+informazioni riguardo al filesystem su cui si trova un certo file, sono
+\funcd{statfs} e \funcd{fstatfs}, i cui prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/vfs.h}
+ \funcdecl{int statfs(const char *path, struct statfs *buf)}
+
+ \funcdecl{int fstatfs(int fd, struct statfs *buf)}
+
+ Restituisce in \param{buf} le informazioni relative al filesystem su cui è
+ posto il file specificato.
+
+ \bodydesc{Le funzioni ritornano 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{ENOSYS}] il filesystem su cui si trova il file specificato non
+ supporta la funzione.
+ \end{errlist}
+ e \errval{EFAULT} ed \errval{EIO} per entrambe, \errval{EBADF} per
+ \func{fstatfs}, \errval{ENOTDIR}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
+ \errval{EACCES}, \errval{ELOOP} per \func{statfs}.}
+\end{functions}
+
+Queste funzioni permettono di ottenere una serie di informazioni generali
+riguardo al filesystem su cui si trova il file specificato; queste vengono
+restituite all'indirizzo \param{buf} di una struttura \struct{statfs} definita
+come in fig.~\ref{fig:sys_statfs}, ed i campi che sono indefiniti per il
+filesystem in esame sono impostati a zero. I valori del campo \var{f\_type}
+sono definiti per i vari filesystem nei relativi file di header dei sorgenti
+del kernel da costanti del tipo \var{XXX\_SUPER\_MAGIC}, dove \var{XXX} in
+genere è il nome del filesystem stesso.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\textwidth}
+ \includestruct{listati/statfs.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{statfs}.}
+ \label{fig:sys_statfs}
+\end{figure}
+
+
+Le \acr{glibc} provvedono infine una serie di funzioni per la gestione dei due
+file \conffile{/etc/fstab} ed \conffile{/etc/mtab}, che convenzionalmente sono
+usati in quasi tutti i sistemi unix-like per mantenere rispettivamente le
+informazioni riguardo ai filesystem da montare e a quelli correntemente
+montati. Le funzioni servono a leggere il contenuto di questi file in
+opportune strutture \struct{fstab} e \struct{mntent}, e, per
+\conffile{/etc/mtab} per inserire e rimuovere le voci presenti nel file.
+
+In generale si dovrebbero usare queste funzioni (in particolare quelle
+relative a \conffile{/etc/mtab}), quando si debba scrivere un programma che
+effettua il montaggio di un filesystem; in realtà in questi casi è molto più
+semplice invocare direttamente il programma \cmd{mount}, per cui ne
+tralasceremo la trattazione, rimandando al manuale delle \acr{glibc}
+\cite{glibc} per la documentazione completa.
+
+% TODO scrivere relativamente alle varie funzioni (getfsent e getmntent &C)
+% TODO documentare swapon e swapoff (man 2 ...)
+
+
projects / gapil.git / blobdiff