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\chapter{File e directory}
\label{cha:files_and_dirs}

In questo capitolo tratteremo in dettaglio le modalità con cui si gestiscono
file e directory, iniziando dalle funzioni di libreria che si usano per
copiarli, spostarli e cambiarne i nomi. Esamineremo poi l'interfaccia che
permette la manipolazione dei vari attributi di file e directory ed alla fine
faremo una trattazione dettagliata su come è strutturato il sistema base di
protezioni e controllo dell'accesso ai file e sulle funzioni che ne permettono
la gestione. Tutto quello che riguarda invece la manipolazione del contenuto
dei file è lasciato ai capitoli successivi.



\section{La gestione di file e directory}
\label{sec:file_dir}

Come già accennato in \secref{sec:file_filesystem} in un sistema unix-like la
gestione dei file ha delle caratteristiche specifiche che derivano
direttamente dall'architettura del sistema. 

In questa sezione esamineremo le funzioni usate per la manipolazione di file e
directory, per la creazione di link simbolici e diretti, per la gestione e la
lettura delle directory.

In particolare ci soffermeremo sulle conseguenze che derivano
dall'architettura dei filesystem illustrata nel capitolo precedente per quanto
riguarda il comportamento delle varie funzioni.


\subsection{Le funzioni \func{link} e \func{unlink}}
\label{sec:file_link}

Una caratteristica comune a diversi sistemi operativi è quella di poter creare
dei nomi fittizi (come gli alias del MacOS o i collegamenti di Windows o i
nomi logici del VMS) che permettono di fare riferimento allo stesso file
chiamandolo con nomi diversi o accedendovi da directory diverse.

Questo è possibile anche in ambiente Unix, dove tali collegamenti sono
usualmente chiamati \textit{link}; ma data l'architettura del sistema riguardo
la gestione dei file (ed in particolare quanto trattato in
\secref{sec:file_arch_func}) ci sono due metodi sostanzialmente diversi per
fare questa operazione.

Come spiegato in \secref{sec:file_filesystem} l'accesso al contenuto di un
file su disco avviene passando attraverso il suo inode\index{inode}, che è la
struttura usata dal kernel che lo identifica univocamente all'interno di un
singolo filesystem. Il nome del file che si trova nella voce di una directory
è solo un'etichetta, mantenuta all'interno della directory, che viene
associata ad un puntatore che fa riferimento al suddetto inode.

Questo significa che, fintanto che si resta sullo stesso filesystem, la
realizzazione di un link è immediata, ed uno stesso file può avere tanti nomi
diversi, dati da altrettante diverse associazioni allo stesso
inode\index{inode} di etichette diverse in directory diverse. Si noti anche
che nessuno di questi nomi viene ad assumere una particolare preferenza o
originalità rispetto agli altri, in quanto tutti fanno comunque riferimento
allo stesso inode\index{inode}.

Per aggiungere ad una directory una voce che faccia riferimento ad un
inode\index{inode} già esistente si utilizza la funzione \func{link}; si suole
chiamare questo tipo di associazione un collegamento diretto (o \textit{hard
  link}).  Il prototipo della funzione è:
\begin{prototype}{unistd.h}
{int link(const char *oldpath, const char *newpath)}
  Crea un nuovo collegamento diretto.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
    errore nel qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EXDEV}] \param{oldpath} e \param{newpath} non sono sullo
    stesso filesystem.
  \item[\errcode{EPERM}] il filesystem che contiene \param{oldpath} e
    \param{newpath} non supporta i link diretti o è una directory.
  \item[\errcode{EEXIST}] un file (o una directory) con quel nome esiste di
    già.
  \item[\errcode{EMLINK}] ci sono troppi link al file \param{oldpath} (il
    numero massimo è specificato dalla variabile \const{LINK\_MAX}, vedi
    \secref{sec:sys_limits}).
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOTDIR},
  \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM}, \errval{EROFS}, \errval{ELOOP},
  \errval{ENOSPC}, \errval{EIO}.}
\end{prototype}

La funzione crea sul pathname \param{newpath} un collegamento diretto al file
indicato da \param{oldpath}.  Per quanto detto la creazione di un nuovo
collegamento diretto non copia il contenuto del file, ma si limita a creare
una voce nella directory specificata da \param{newpath} e ad aumentare di uno
il numero di riferimenti al file (riportato nel campo \var{st\_nlink} della
struttura \struct{stat}, vedi \secref{sec:file_stat}) aggiungendo il nuovo
nome ai precedenti. Si noti che uno stesso file può essere così chiamato con
vari nomi in diverse directory.
 
Per quanto dicevamo in \secref{sec:file_filesystem} la creazione di un
collegamento diretto è possibile solo se entrambi i pathname sono nello stesso
filesystem; inoltre il filesystem deve supportare i collegamenti diretti (il
meccanismo non è disponibile ad esempio con il filesystem \acr{vfat} di
Windows). 

La funzione inoltre opera sia sui file ordinari che sugli altri oggetti del
filesystem, con l'eccezione delle directory. In alcune versioni di Unix solo
l'amministratore è in grado di creare un collegamento diretto ad un'altra
directory: questo viene fatto perché con una tale operazione è possibile
creare dei \textit{loop} nel filesystem (vedi l'esempio mostrato in
\secref{sec:file_symlink}, dove riprenderemo il discorso) che molti programmi
non sono in grado di gestire e la cui rimozione diventerebbe estremamente
complicata (in genere per questo tipo di errori occorre far girare il
programma \cmd{fsck} per riparare il filesystem).

Data la pericolosità di questa operazione e la disponibilità dei link
simbolici che possono fornire la stessa funzionalità senza questi problemi,
nei filesystem usati in Linux questa caratteristica è stata completamente
disabilitata, e al tentativo di creare un link diretto ad una directory la
funzione restituisce l'errore \errcode{EPERM}.

La rimozione di un file (o più precisamente della voce che lo referenzia
all'interno di una directory) si effettua con la funzione \funcd{unlink}; il
suo prototipo è il seguente:
\begin{prototype}{unistd.h}{int unlink(const char *pathname)}

  Cancella un file.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso il file non viene toccato. La variabile
    \var{errno} viene impostata secondo i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} si riferisce ad una directory.
    \footnotemark
  \item[\errcode{EROFS}] \param{pathname} è su un filesystem montato in sola
  lettura.
  \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} fa riferimento a una directory.
  \end{errlist}
  ed inoltre: \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOENT},
  \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{EROFS}, \errval{ELOOP},
  \errval{EIO}.}
\end{prototype}

\footnotetext{questo è un valore specifico ritornato da Linux che non consente
  l'uso di \func{unlink} con le directory (vedi \secref{sec:file_remove}). Non
  è conforme allo standard POSIX, che prescrive invece l'uso di
  \errcode{EPERM} in caso l'operazione non sia consentita o il processo non
  abbia privilegi sufficienti.}

La funzione cancella il nome specificato da \param{pathname} nella relativa
directory e decrementa il numero di riferimenti nel relativo
inode\index{inode}. Nel caso di link simbolico cancella il link simbolico; nel
caso di socket\index{socket}, fifo o file di dispositivo\index{file!di
  dispositivo} rimuove il nome, ma come per i file i processi che hanno aperto
uno di questi oggetti possono continuare ad utilizzarlo.

Per cancellare una voce in una directory è necessario avere il permesso di
scrittura su di essa, dato che si va a rimuovere una voce dal suo contenuto, e
il diritto di esecuzione sulla directory che la contiene (affronteremo in
dettaglio l'argomento dei permessi di file e directory in
\secref{sec:file_access_control}). Se inoltre lo \textit{sticky} bit (vedi
\secref{sec:file_sticky}) è impostato occorrerà anche essere proprietari del
file o proprietari della directory (o root, per cui nessuna delle restrizioni
è applicata).

Una delle caratteristiche di queste funzioni è che la creazione/rimozione del
nome dalla directory e l'incremento/decremento del numero di riferimenti
nell'inode\index{inode} devono essere effettuati in maniera atomica (si veda
\secref{sec:proc_atom_oper}) senza possibili interruzioni fra le due
operazioni. Per questo entrambe queste funzioni sono realizzate tramite una
singola system call.

Si ricordi infine che un file non viene eliminato dal disco fintanto che tutti
i riferimenti ad esso sono stati cancellati: solo quando il \textit{link
  count} mantenuto nell'inode\index{inode} diventa zero lo spazio occupato su
disco viene rimosso (si ricordi comunque che a questo si aggiunge sempre
un'ulteriore condizione,\footnote{come vedremo in
  \secref{cha:file_unix_interface} il kernel mantiene anche una tabella dei
  file aperti nei vari processi, che a sua volta contiene i riferimenti agli
  inode ad essi relativi. Prima di procedere alla cancellazione dello spazio
  occupato su disco dal contenuto di un file il kernel controlla anche questa
  tabella, per verificare che anche in essa non ci sia più nessun riferimento
  all'inode in questione.} e cioè che non ci siano processi che abbiano il
suddetto file aperto).

Questa proprietà viene spesso usata per essere sicuri di non lasciare file
temporanei su disco in caso di crash dei programmi; la tecnica è quella di
aprire il file e chiamare \func{unlink} subito dopo, in questo modo il
contenuto del file è sempre disponibile all'interno del processo attraverso il
suo file descriptor (vedi \secref{sec:file_fd}) fintanto che il processo non
chiude il file, ma non ne resta traccia in nessuna directory, e lo spazio
occupato su disco viene immediatamente rilasciato alla conclusione del
processo (quando tutti i file vengono chiusi).


\subsection{Le funzioni \func{remove} e \func{rename}}
\label{sec:file_remove}

Al contrario di quanto avviene con altri Unix, in Linux non è possibile usare
\func{unlink} sulle directory; per cancellare una directory si può usare la
funzione \func{rmdir} (vedi \secref{sec:file_dir_creat_rem}), oppure la
funzione \funcd{remove}. 

Questa è la funzione prevista dallo standard ANSI C per cancellare un file o
una directory (e funziona anche per i sistemi che non supportano i link
diretti). Per i file è identica a \func{unlink} e per le directory è identica
a \func{rmdir}; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stdio.h}{int remove(const char *pathname)}
  Cancella un nome dal filesystem. 
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso il file non viene toccato.
    
    I codici di errore riportati in \var{errno} sono quelli della chiamata
    utilizzata, pertanto si può fare riferimento a quanto illustrato nelle
    descrizioni di \func{unlink} e \func{rmdir}.}
\end{prototype}

La funzione utilizza la funzione \func{unlink}\footnote{questo vale usando le
  \acr{glibc}; nelle libc4 e nelle libc5 la funzione \func{remove} è un
  semplice alias alla funzione \func{unlink} e quindi non può essere usata per
  le directory.} per cancellare i file e la funzione \func{rmdir} per
cancellare le directory; si tenga presente che per alcune implementazioni del
protocollo NFS utilizzare questa funzione può comportare la scomparsa di file
ancora in uso.

Per cambiare nome ad un file o a una directory (che devono comunque essere
nello stesso filesystem) si usa invece la funzione \funcd{rename},\footnote{la
  funzione è definita dallo standard ANSI C, ma si applica solo per i file, lo
  standard POSIX estende la funzione anche alle directory.} il cui prototipo
è:
\begin{prototype}{stdio.h}
  {int rename(const char *oldpath, const char *newpath)} 
  
  Rinomina un file.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso il file non viene toccato. La variabile
    \var{errno} viene impostata secondo i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist} 
  \item[\errcode{EISDIR}] \param{newpath} è una directory mentre
    \param{oldpath} non è una directory.
  \item[\errcode{EXDEV}] \param{oldpath} e \param{newpath} non sono sullo
    stesso filesystem.
  \item[\errcode{ENOTEMPTY}] \param{newpath} è una directory già esistente e
    non vuota.
  \item[\errcode{EBUSY}] o \param{oldpath} o \param{newpath} sono in uso da
    parte di qualche processo (come directory di lavoro o come radice) o del
    sistema (come mount point).
  \item[\errcode{EINVAL}] \param{newpath} contiene un prefisso di
    \param{oldpath} o più in generale si è cercato di creare una directory come
    sotto-directory di se stessa.
  \item[\errcode{ENOTDIR}] Uno dei componenti dei pathname non è una directory
    o \param{oldpath} è una directory e \param{newpath} esiste e non è una
    directory.
  \end{errlist} 
  ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EPERM}, \errval{EMLINK},
  \errval{ENOENT}, \errval{ENOMEM}, \errval{EROFS}, \errval{ELOOP} e
  \errval{ENOSPC}.}
\end{prototype}

La funzione rinomina il file \param{oldpath} in \param{newpath}, eseguendo se
necessario lo spostamento di un file fra directory diverse. Eventuali altri
link diretti allo stesso file non vengono influenzati.

Il comportamento della funzione è diverso a seconda che si voglia rinominare
un file o una directory; se ci riferisce a un file allora \param{newpath}, se
esiste, non deve essere una directory (altrimenti si ha l'errore
\errcode{EISDIR}). Nel caso \param{newpath} indichi un file esistente questo
viene cancellato e rimpiazzato (atomicamente).

Se \param{oldpath} è una directory allora \param{newpath}, se esiste, deve
essere una directory vuota, altrimenti si avranno gli errori \errcode{ENOTDIR}
(se non è una directory) o \errcode{ENOTEMPTY} (se non è vuota). Chiaramente
\param{newpath} non può contenere \param{oldpath} altrimenti si avrà un errore
\errcode{EINVAL}.

Se \param{oldpath} si riferisce a un link simbolico questo sarà rinominato; se
\param{newpath} è un link simbolico verrà cancellato come qualunque altro
file.  Infine qualora \param{oldpath} e \param{newpath} siano due nomi dello
stesso file lo standard POSIX prevede che la funzione non dia errore, e non
faccia nulla, lasciando entrambi i nomi; Linux segue questo standard, anche
se, come fatto notare dal manuale delle \textit{glibc}, il comportamento più
ragionevole sarebbe quello di cancellare \param{oldpath}.

Il vantaggio nell'uso di questa funzione al posto della chiamata successiva di
\func{link} e \func{unlink} è che l'operazione è eseguita atomicamente, non
può esistere cioè nessun istante in cui un altro processo può trovare attivi
entrambi i nomi dello stesso file, o, in caso di sostituzione di un file
esistente, non trovare quest'ultimo prima che la sostituzione sia stata
eseguita.

In ogni caso se \param{newpath} esiste e l'operazione fallisce per un qualche
motivo (come un crash del kernel), \func{rename} garantisce di lasciare
presente un'istanza di \param{newpath}. Tuttavia nella sovrascrittura potrà
esistere una finestra in cui sia \param{oldpath} che \param{newpath} fanno
riferimento allo stesso file.


\subsection{I link simbolici}
\label{sec:file_symlink}

Come abbiamo visto in \secref{sec:file_link} la funzione \func{link} crea
riferimenti agli inode\index{inode}, pertanto può funzionare soltanto per file
che risiedono sullo stesso filesystem e solo per un filesystem di tipo Unix.
Inoltre abbiamo visto che in Linux non è consentito eseguire un link diretto
ad una directory.

Per ovviare a queste limitazioni i sistemi Unix supportano un'altra forma di
link (i cosiddetti \textit{soft link} o \textit{symbolic link}), che sono,
come avviene in altri sistemi operativi, dei file speciali che contengono
semplicemente il riferimento ad un altro file (o directory). In questo modo è
possibile effettuare link anche attraverso filesystem diversi, a file posti in
filesystem che non supportano i link diretti, a delle directory, ed anche a
file che non esistono ancora.

Il sistema funziona in quanto i link simbolici sono riconosciuti come tali dal
kernel\footnote{è uno dei diversi tipi di file visti in
  \tabref{tab:file_file_types}, contrassegnato come tale nell'inode, e
  riconoscibile dal valore del campo \var{st\_mode} della struttura
  \struct{stat} (vedi \secref{sec:file_stat}).}  per cui alcune funzioni di
libreria (come \func{open} o \func{stat}) quando ricevono come argomento un
link simbolico vengono automaticamente applicate al file da esso specificato.
La funzione che permette di creare un nuovo link simbolico è \funcd{symlink},
ed il suo prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}
  {int symlink(const char *oldpath, const char *newpath)} 
  Crea un nuovo link simbolico di nome \param{newpath} il cui contenuto è
  \param{oldpath}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso la variabile \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] il filesystem che contiene \param{newpath} non
    supporta i link simbolici.
  \item[\errcode{ENOENT}] una componente di \param{newpath} non esiste o
    \param{oldpath} è una stringa vuota.
  \item[\errcode{EEXIST}] esiste già un file \param{newpath}.
  \item[\errcode{EROFS}] \param{newpath} è su un filesystem montato in sola
    lettura.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG},
  \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP}, \errval{ENOSPC} e
  \errval{EIO}.}
\end{prototype}

Si tenga presente che la funzione non effettua nessun controllo sull'esistenza
di un file di nome \param{oldpath}, ma si limita ad inserire quella stringa
nel link simbolico. Pertanto un link simbolico può anche riferirsi ad un file
che non esiste: in questo caso si ha quello che viene chiamato un
\textit{dangling link}, letteralmente un \textsl{link ciondolante}.

Come accennato i link simbolici sono risolti automaticamente dal kernel
all'invocazione delle varie system call; in \tabref{tab:file_symb_effect} si è
riportato un elenco dei comportamenti delle varie funzioni di libreria che
operano sui file nei confronti della risoluzione dei link simbolici,
specificando quali seguono il link simbolico e quali invece possono operare
direttamente sul suo contenuto.
\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|c|}
    \hline
    \textbf{Funzione} & \textbf{Segue il link} & \textbf{Non segue il link} \\
    \hline 
    \hline 
    \func{access}   & $\bullet$ &           \\
    \func{chdir}    & $\bullet$ &           \\
    \func{chmod}    & $\bullet$ &           \\
    \func{chown}    &           & $\bullet$ \\
    \func{creat}    & $\bullet$ &           \\
    \func{exec}     & $\bullet$ &           \\
    \func{lchown}   & $\bullet$ & $\bullet$ \\
    \func{link}     &           &           \\
    \func{lstat}    &           & $\bullet$ \\
    \func{mkdir}    & $\bullet$ &           \\
    \func{mkfifo}   & $\bullet$ &           \\
    \func{mknod}    & $\bullet$ &           \\
    \func{open}     & $\bullet$ &           \\
    \func{opendir}  & $\bullet$ &           \\
    \func{pathconf} & $\bullet$ &           \\
    \func{readlink} &           & $\bullet$ \\
    \func{remove}   &           & $\bullet$ \\
    \func{rename}   &           & $\bullet$ \\
    \func{stat}     & $\bullet$ &           \\
    \func{truncate} & $\bullet$ &           \\
    \func{unlink}   &           & $\bullet$ \\
    \hline 
  \end{tabular}
  \caption{Uso dei link simbolici da parte di alcune funzioni.}
  \label{tab:file_symb_effect}
\end{table}

Si noti che non si è specificato il comportamento delle funzioni che operano
con i file descriptor, in quanto la risoluzione del link simbolico viene in
genere effettuata dalla funzione che restituisce il file descriptor
(normalmente la \func{open}, vedi \secref{sec:file_open}) e tutte le
operazioni seguenti fanno riferimento solo a quest'ultimo.

Dato che, come indicato in \tabref{tab:file_symb_effect}, funzioni come la
\func{open} seguono i link simbolici, occorrono funzioni apposite per accedere
alle informazioni del link invece che a quelle del file a cui esso fa
riferimento. Quando si vuole leggere il contenuto di un link simbolico si usa
la funzione \funcd{readlink}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}
{int readlink(const char *path, char *buff, size\_t size)} 
  Legge il contenuto del link simbolico indicato da \param{path} nel buffer
  \param{buff} di dimensione \param{size}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce il numero di caratteri letti dentro
    \param{buff} o -1 per un errore, nel qual caso la variabile
    \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EINVAL}] \param{path} non è un link simbolico o \param{size}
    non è positiva.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{ENOTDIR}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{EACCES}, \errval{ELOOP}, \errval{EIO}, \errval{EFAULT} e
  \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}

La funzione apre il link simbolico, ne legge il contenuto, lo scrive nel
buffer, e lo richiude. Si tenga presente che la funzione non termina la
stringa con un carattere nullo e la tronca alla dimensione specificata da
\param{size} per evitare di sovrascrivere oltre le dimensioni del buffer.


\begin{figure}[htb]
  \centering
  \includegraphics[width=9cm]{img/link_loop}
  \caption{Esempio di loop nel filesystem creato con un link simbolico.}
  \label{fig:file_link_loop}
\end{figure}

Un caso comune che si può avere con i link simbolici è la creazione dei
cosiddetti \textit{loop}. La situazione è illustrata in
\figref{fig:file_link_loop}, che riporta la struttura della directory
\file{/boot}. Come si vede si è creato al suo interno un link simbolico che
punta di nuovo a \file{/boot}.\footnote{il loop mostrato in
  \figref{fig:file_link_loop} è un usato per poter permettere a \cmd{grub} (un
  bootloader in grado di leggere direttamente da vari filesystem il file da
  lanciare come sistema operativo) di vedere i file contenuti nella directory
  \file{/boot} con lo stesso pathname con cui verrebbero visti dal sistema
  operativo, anche se essi si trovano, come accade spesso, su una partizione
  separata (che \cmd{grub}, all'avvio, vede come radice).}

Questo può causare problemi per tutti quei programmi che effettuano la
scansione di una directory senza tener conto dei link simbolici, ad esempio se
lanciassimo un comando del tipo \code{grep -r linux *}, il loop nella
directory porterebbe il comando ad esaminare \file{/boot}, \file{/boot/boot},
\file{/boot/boot/boot} e così via.

Per questo motivo il kernel e le librerie prevedono che nella risoluzione di
un pathname possano essere seguiti un numero limitato di link simbolici, il
cui valore limite è specificato dalla costante \const{MAXSYMLINKS}. Qualora
questo limite venga superato viene generato un errore ed \var{errno} viene
impostata al valore \errcode{ELOOP}.

Un punto da tenere sempre presente è che, come abbiamo accennato, un link
simbolico può fare riferimento anche ad un file che non esiste; ad esempio
possiamo creare un file temporaneo nella nostra directory con un link del
tipo:
\begin{verbatim}
$ ln -s /tmp/tmp_file temporaneo
\end{verbatim}%$
anche se \file{/tmp/tmp\_file} non esiste. Questo può generare confusione, in
quanto aprendo in scrittura \file{temporaneo} verrà creato
\file{/tmp/tmp\_file} e scritto; ma accedendo in sola lettura a
\file{temporaneo}, ad esempio con \cmd{cat}, otterremmo:
\begin{verbatim}
$ cat temporaneo
cat: temporaneo: No such file or directory
\end{verbatim}%$
con un errore che può sembrare sbagliato, dato che un'ispezione con \cmd{ls}
ci mostrerebbe invece l'esistenza di \file{temporaneo}.


\subsection{La creazione e la cancellazione delle directory} 
\label{sec:file_dir_creat_rem}

Benché in sostanza le directory non siano altro che dei file contenenti
elenchi di nomi ed inode, non è possibile trattarle come file ordinari e
devono essere create direttamente dal kernel attraverso una opportuna system
call.\footnote{questo permette anche, attraverso l'uso del VFS, l'utilizzo di
  diversi formati per la gestione dei suddetti elenchi.}  La funzione usata
per creare una directory è \funcd{mkdir}, ed il suo prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/stat.h}
  \headdecl{sys/types.h}
  \funcdecl{int mkdir(const char *dirname, mode\_t mode)} 

  Crea una nuova directory.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EEXIST}] Un file (o una directory) con quel nome esiste di
    già.
  \item[\errcode{EACCES}] 
    Non c'è il permesso di scrittura per la directory in cui si vuole inserire
    la nuova directory.
  \item[\errcode{EMLINK}] La directory in cui si vuole creare la nuova
    directory contiene troppi file. Sotto Linux questo normalmente non avviene
    perché il filesystem standard consente la creazione di un numero di file
    maggiore di quelli che possono essere contenuti nel disco, ma potendo
    avere a che fare anche con filesystem di altri sistemi questo errore può
    presentarsi.
  \item[\errcode{ENOSPC}] Non c'è abbastanza spazio sul file system per creare
    la nuova directory o si è esaurita la quota disco dell'utente.
  \end{errlist}
  ed inoltre anche \errval{EPERM}, \errval{EFAULT}, \errval{ENAMETOOLONG},
  \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP},
  \errval{EROFS}.}
\end{functions}

La funzione crea una nuova directory vuota, che contiene cioè solo le due voci
standard (\file{.} e \file{..}), con il nome indicato dall'argomento
\param{dirname}. Il nome può essere indicato sia come pathname assoluto che
relativo.

I permessi di accesso alla directory (vedi \secref{sec:file_access_control})
sono specificati da \param{mode}, i cui possibili valori sono riportati in
\tabref{tab:file_permission_const}; questi sono modificati dalla maschera di
creazione dei file (si veda \secref{sec:file_umask}).  La titolarità della
nuova directory è impostata secondo quanto riportato in
\secref{sec:file_ownership}.

La funzione per la cancellazione di una directory è \funcd{rmdir}, il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{sys/stat.h}{int rmdir(const char *dirname)} 
  Cancella una directory.

  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] Il filesystem non supporta la cancellazione di
    directory, oppure la directory che contiene \param{dirname} ha lo sticky
    bit impostato e l'user-ID effettivo del processo non corrisponde al
    proprietario della directory.
  \item[\errcode{EACCES}] Non c'è il permesso di scrittura per la directory
    che contiene la directory che si vuole cancellare, o non c'è il permesso
    di attraversare (esecuzione) una delle directory specificate in
    \param{dirname}.
  \item[\errcode{EBUSY}] La directory specificata è la directory di lavoro o la
    radice di qualche processo.
  \item[\errcode{ENOTEMPTY}] La directory non è vuota.
  \end{errlist}
  ed inoltre anche \errval{EFAULT}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP}, \errval{EROFS}.}
\end{prototype}

La funzione cancella la directory \param{dirname}, che deve essere vuota (la
directory deve cioè contenere soltanto le due voci standard \file{.} e
\file{..}).  Il nome può essere indicato con il pathname assoluto o relativo.

La modalità con cui avviene la cancellazione è analoga a quella di
\func{unlink}: fintanto che il numero di link all'inode\index{inode} della
directory non diventa nullo e nessun processo ha la directory aperta lo spazio
occupato su disco non viene rilasciato. Se un processo ha la directory aperta
la funzione rimuove il link all'inode\index{inode} e nel caso sia l'ultimo,
pure le voci standard \file{.} e \file{..}, a questo punto il kernel non
consentirà di creare più nuovi file nella directory.


\subsection{La creazione di file speciali}
\label{sec:file_mknod}

Finora abbiamo parlato esclusivamente di file, directory e link simbolici; in
\secref{sec:file_file_types} abbiamo visto però che il sistema prevede pure
degli altri tipi di file speciali, come i file di dispositivo 
\index{file!di dispositivo} 
e le fifo (i socket\index{socket} sono un caso a parte, che
vedremo in \capref{cha:socket_intro}).

La manipolazione delle caratteristiche di questi file e la loro cancellazione
può essere effettuata con le stesse funzioni che operano sui file regolari; ma
quando li si devono creare sono necessarie delle funzioni apposite. La prima
di queste funzioni è \funcd{mknod}, il suo prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h}
  \headdecl{sys/stat.h}
  \headdecl{fnctl.h}
  \headdecl{unistd.h}
  \funcdecl{int mknod(const char *pathname, mode\_t mode, dev\_t dev)} 
  
  Crea un inode, si usa per creare i file speciali.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] Non si hanno privilegi sufficienti a creare l'inode, o
    il filesystem su cui si è cercato di creare \func{pathname} non supporta
    l'operazione.
  \item[\errcode{EINVAL}] Il valore di \param{mode} non indica un file, una
    fifo o un dispositivo.
  \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste già o è un link simbolico.
  \end{errlist}
  ed inoltre anche \errval{EFAULT}, \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG},
  \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP},
  \errval{ENOSPC}, \errval{EROFS}.}
\end{functions}

La funzione permette di creare un file speciale, ma si può usare anche per
creare file regolari e fifo; l'argomento \param{mode} specifica il tipo di
file che si vuole creare ed i relativi permessi, secondo i valori riportati in
\tabref{tab:file_mode_flags}, che vanno combinati con un OR binario. I
permessi sono comunque modificati nella maniera usuale dal valore di
\var{umask} (si veda \secref{sec:file_umask}).

Per il tipo di file può essere specificato solo uno fra: \const{S\_IFREG} per
un file regolare (che sarà creato vuoto), \const{S\_IFBLK} per un device a
blocchi, \const{S\_IFCHR} per un device a caratteri e \const{S\_IFIFO} per una
fifo. Un valore diverso comporterà l'errore \errcode{EINVAL}. Qualora si sia
specificato in \param{mode} un file di dispositivo, il valore di \param{dev}
viene usato per indicare a quale dispositivo si fa riferimento.

Solo l'amministratore può creare un file di dispositivo o un file regolare
usando questa funzione; ma in Linux\footnote{la funzione non è prevista dallo
  standard POSIX, e deriva da SVr4, con appunto questa differenza e diversi
  codici di errore.} l'uso per la creazione di una fifo è consentito anche
agli utenti normali.

I nuovi inode\index{inode} creati con \func{mknod} apparterranno al
proprietario e al gruppo del processo che li ha creati, a meno che non si sia
attivato il bit \acr{sgid} per la directory o sia stata attivata la semantica
BSD per il filesystem (si veda \secref{sec:file_ownership}) in cui si va a
creare l'inode\index{inode}.

Per creare una fifo (un file speciale, su cui torneremo in dettaglio in
\secref{sec:ipc_named_pipe}) lo standard POSIX specifica l'uso della funzione
\funcd{mkfifo}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{sys/stat.h} 
  
  \funcdecl{int mkfifo(const char *pathname, mode\_t mode)} 
  
  Crea una fifo.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori \errval{EACCES},
    \errval{EEXIST}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOSPC},
    \errval{ENOTDIR} e \errval{EROFS}.}
\end{functions}

La funzione crea la fifo \param{pathname} con i permessi \param{mode}. Come
per \func{mknod} il file \param{pathname} non deve esistere (neanche come link
simbolico); al solito i permessi specificati da \param{mode} vengono
modificati dal valore di \var{umask}.



\subsection{Accesso alle directory}
\label{sec:file_dir_read}

Benché le directory alla fine non siano altro che dei file che contengono
delle liste di nomi ed inode, per il ruolo che rivestono nella struttura del
sistema, non possono essere trattate come dei normali file di dati. Ad
esempio, onde evitare inconsistenze all'interno del filesystem, solo il kernel
può scrivere il contenuto di una directory, e non può essere un processo a
inserirvi direttamente delle voci con le usuali funzioni di scrittura. 

Ma se la scrittura e l'aggiornamento dei dati delle directory è compito del
kernel, sono molte le situazioni in cui i processi necessitano di poterne
leggere il contenuto. Benché questo possa essere fatto direttamente (vedremo
in \secref{sec:file_open} che è possibile aprire una directory come se fosse
un file, anche se solo in sola lettura) in generale il formato con cui esse
sono scritte può dipendere dal tipo di filesystem, tanto che, come riportato
in \tabref{tab:file_file_operations}, il VFS del kernel prevede una apposita
funzione per la lettura delle directory.

Tutto questo si riflette nello standard POSIX\footnote{le funzioni sono
  previste pure in BSD e SVID.} che ha introdotto una apposita interfaccia per
la lettura delle directory, basata sui cosiddetti \textit{directory stream}
(chiamati così per l'analogia con i file stream dell'interfaccia standard di
\capref{cha:files_std_interface}). La prima funzione di questa interfaccia è
\funcd{opendir}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{DIR * opendir(const char *dirname)} 
  
  Apre un \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce un puntatore al \textit{directory stream}
    in caso di successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno}
    assumerà i valori \errval{EACCES}, \errval{EMFILE}, \errval{ENFILE},
    \errval{ENOENT}, \errval{ENOMEM} e \errval{ENOTDIR}.}
\end{functions}

La funzione apre un \textit{directory stream} per la directory
\param{dirname}, ritornando il puntatore ad un oggetto di tipo \type{DIR} (che
è il tipo opaco\index{tipo!opaco} usato dalle librerie per gestire i
\textit{directory stream}) da usare per tutte le operazioni successive, la
funzione inoltre posiziona lo stream sulla prima voce contenuta nella
directory.

Dato che le directory sono comunque dei file, in alcuni casi può servire
conoscere il \textit{file descriptor} associato ad un \textit{directory
  stream}, a questo scopo si può usare la funzione \funcd{dirfd}, il cui
prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{int dirfd(DIR * dir)} 
  
  Restituisce il file descriptor associato ad un \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce il file descriptor (un valore positivo) in
    caso di successo e -1 in caso di errore.}
\end{functions}

La funzione\footnote{questa funzione è una estensione di BSD non presente in
  POSIX, introdotta con BSD 4.3-Reno; è presente in Linux con le libc5 (a
  partire dalla versione 5.1.2) e con le \acr{glibc}.} restituisce il file
descriptor associato al \textit{directory stream} \param{dir}, essa è
disponibile solo definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}. Di
solito si utilizza questa funzione in abbinamento alla funzione \func{fchdir}
per cambiare la directory di lavoro (vedi \secref{sec:file_work_dir}) a quella
relativa allo stream che si sta esaminando.

La lettura di una voce della directory viene effettuata attraverso la funzione
\funcd{readdir}; il suo prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{struct dirent *readdir(DIR *dir)}
  
  Legge una voce dal \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla struttura contenente i
    dati in caso di successo e \val{NULL} altrimenti, in caso di descrittore
    non valido \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}, il valore
    \val{NULL} viene restituito anche quando si raggiunge la fine dello
    stream.}
\end{functions}

La funzione legge la voce corrente nella directory, posizionandosi sulla voce
successiva.  I dati vengono memorizzati in una struttura \struct{dirent} (la
cui definizione\footnote{la definizione è quella usata a Linux, che si trova
  nel file \file{/usr/include/bits/dirent.h}, essa non contempla la presenza
  del campo \var{d\_namlen} che indica la lunghezza del nome del file (ed
  infatti la macro \macro{\_DIRENT\_HAVE\_D\_NAMLEN} non è definita).}  è
riportata in \figref{fig:file_dirent_struct}). La funzione restituisce il
puntatore alla struttura; si tenga presente però che quest'ultima è allocata
staticamente, per cui viene sovrascritta tutte le volte che si ripete la
lettura di una voce sullo stesso stream.

Di questa funzione esiste anche una versione rientrante, \func{readdir\_r},
che non usa una struttura allocata staticamente, e può essere utilizzata anche
con i thread; il suo prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{int readdir\_r(DIR *dir, struct dirent *entry,
          struct dirent **result)}
  
  Legge una voce dal \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
    errore, gli errori sono gli stessi di \func{readdir}.}
\end{functions}

La funzione restituisce in \param{result} (come \textit{value result
  argument}) l'indirizzo dove sono stati salvati i dati, che di norma
corrisponde a quello della struttura precedentemente allocata e specificata
dall'argomento \param{entry} (anche se non è assicurato che la funzione usi lo
spazio fornito dall'utente).

I vari campi di \struct{dirent} contengono le informazioni relative alle voci
presenti nella directory; sia BSD che SVr4\footnote{POSIX prevede invece solo
  la presenza del campo \var{d\_fileno}, identico \var{d\_ino}, che in Linux è
  definito come alias di quest'ultimo. Il campo \var{d\_name} è considerato
  dipendente dall'implementazione.} prevedono che siano sempre presenti il
campo \var{d\_name}, che contiene il nome del file nella forma di una stringa
terminata da uno zero,\footnote{lo standard POSIX non specifica una lunghezza,
  ma solo un limite \const{NAME\_MAX}; in SVr4 la lunghezza del campo è
  definita come \code{NAME\_MAX+1} che di norma porta al valore di 256 byte
  usato anche in Linux.} ed il campo \var{d\_ino}, che contiene il numero di
inode cui il file è associato (di solito corrisponde al campo \var{st\_ino} di
\struct{stat}).

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct dirent {
    ino_t d_ino;                    /* inode number */
    off_t d_off;                    /* offset to the next dirent */
    unsigned short int d_reclen;    /* length of this record */
    unsigned char d_type;           /* type of file */
    char d_name[256];               /* We must not include limits.h! */
};
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{dirent} per la lettura delle informazioni dei 
    file.}
  \label{fig:file_dirent_struct}
\end{figure}

La presenza di ulteriori campi opzionali è segnalata dalla definizione di
altrettante macro nella forma \code{\_DIRENT\_HAVE\_D\_XXX} dove \code{XXX} è
il nome del relativo campo; nel nostro caso sono definite le macro
\macro{\_DIRENT\_HAVE\_D\_TYPE}, \macro{\_DIRENT\_HAVE\_D\_OFF} e
\macro{\_DIRENT\_HAVE\_D\_RECLEN}.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|l|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \const{DT\_UNKNOWN} & tipo sconosciuto. \\
    \const{DT\_REG}     & file normale. \\
    \const{DT\_DIR}     & directory. \\
    \const{DT\_FIFO}    & fifo. \\
    \const{DT\_SOCK}    & socket. \\
    \const{DT\_CHR}     & dispositivo a caratteri. \\
    \const{DT\_BLK}     & dispositivo a blocchi. \\
    \hline    
  \end{tabular}
  \caption{Costanti che indicano i vari tipi di file nel campo \var{d\_type}
    della struttura \struct{dirent}.}
  \label{tab:file_dtype_macro}
\end{table}

Per quanto riguarda il significato dei campi opzionali, il campo \var{d\_type}
indica il tipo di file (fifo, directory, link simbolico, ecc.); i suoi
possibili valori\footnote{fino alla versione 2.1 delle \acr{glibc} questo
  campo, pur presente nella struttura, non è implementato, e resta sempre al
  valore \const{DT\_UNKNOWN}.}  sono riportati in
\tabref{tab:file_dtype_macro}; per la conversione da e verso l'analogo valore
mantenuto dentro il campo \var{st\_mode} di \struct{stat} sono definite anche
due macro di conversione \macro{IFTODT} e \macro{DTTOIF}:
\begin{functions}
  \funcdecl{int IFTODT(mode\_t MODE)} Converte il tipo di file dal formato di
  \var{st\_mode} a quello di \var{d\_type}.
  
  \funcdecl{mode\_t DTTOIF(int DTYPE)} Converte il tipo di file dal formato di
  \var{d\_type} a quello di \var{st\_mode}.
\end{functions}

Il campo \var{d\_off} contiene invece la posizione della voce successiva della
directory, mentre il campo \var{d\_reclen} la lunghezza totale della voce
letta. Con questi due campi diventa possibile, determinando la posizione delle
varie voci, spostarsi all'interno dello stream usando la funzione
\func{seekdir},\footnote{sia questa funzione che \func{telldir}, sono
  estensioni prese da BSD, non previste dallo standard POSIX.} il cui
prototipo è:
\begin{prototype}{dirent.h}{void seekdir(DIR *dir, off\_t offset)}
  Cambia la posizione all'interno di un \textit{directory stream}.
\end{prototype}

La funzione non ritorna nulla e non segnala errori, è però necessario che il
valore dell'argomento \param{offset} sia valido per lo stream \param{dir};
esso pertanto deve essere stato ottenuto o dal valore di \var{d\_off} di
\struct{dirent} o dal valore restituito dalla funzione \func{telldir}, che
legge la posizione corrente; il prototipo di quest'ultima è:
\begin{prototype}{dirent.h}{off\_t telldir(DIR *dir)}
  Ritorna la posizione corrente in un \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce la posizione corrente nello stream (un
    numero positivo) in caso di successo, e -1 altrimenti, nel qual caso
    \var{errno} assume solo il valore di \errval{EBADF}, corrispondente ad un
    valore errato per \param{dir}.}
\end{prototype}

La sola funzione di posizionamento nello stream prevista dallo standard POSIX
è \funcd{rewinddir}, che riporta la posizione a quella iniziale; il suo
prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{void rewinddir(DIR *dir)}
  
  Si posiziona all'inizio di un \textit{directory stream}.
\end{functions}


Una volta completate le operazioni si può chiudere il \textit{directory
  stream} con la funzione \funcd{closedir}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{int closedir(DIR * dir)} 
  
  Chiude un \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 altrimenti, nel
    qual caso \var{errno} assume il valore \errval{EBADF}.}
\end{functions}

A parte queste funzioni di base in BSD 4.3 è stata introdotta un'altra
funzione che permette di eseguire una scansione completa (con tanto di ricerca
ed ordinamento) del contenuto di una directory; la funzione è
\funcd{scandir}\footnote{in Linux questa funzione è stata introdotta fin dalle
  libc4.} ed il suo prototipo è:
\begin{prototype}{dirent.h}{int scandir(const char *dir, 
    struct dirent ***namelist, int(*select)(const struct dirent *),
    int(*compar)(const struct dirent **, const struct dirent **))} 
  
  Esegue una scansione di un \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce in caso di successo il numero di voci
    trovate, e -1 altrimenti.}
\end{prototype}

Al solito, per la presenza fra gli argomenti di due puntatori a funzione, il
prototipo non è molto comprensibile; queste funzioni però sono quelle che
controllano rispettivamente la selezione di una voce (\param{select}) e
l'ordinamento di tutte le voci selezionate (\param{compar}). 

La funzione legge tutte le voci della directory indicata dall'argomento
\param{dir}, passando ciascuna di esse come argomento alla funzione di
\param{select}; se questa ritorna un valore diverso da zero la voce viene
inserita in una struttura allocata dinamicamente con \func{malloc}, qualora si
specifichi un valore \val{NULL} per \func{select} vengono selezionate tutte le
voci. Tutte le voci selezionate vengono poi inserite un una lista (anch'essa
allocata con \func{malloc}, che viene riordinata tramite \func{qsort} usando
la funzione \param{compar} come criterio di ordinamento; alla fine l'indirizzo
della lista ordinata è restituito nell'argomento \param{namelist}.

Per l'ordinamento sono disponibili anche due funzioni predefinite,
\funcd{alphasort} e \funcd{versionsort}, i cui prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{dirent.h} 
  
  \funcdecl{int alphasort(const void *a, const void *b)} 

  \funcdecl{int versionsort(const void *a, const void *b)} 
  
  Funzioni per l'ordinamento delle voci di \textit{directory stream}.
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono un valore minore, uguale o maggiore di
    zero qualora il primo argomento sia rispettivamente minore, uguale o
    maggiore del secondo.}
\end{functions}

La funzione \func{alphasort} deriva da BSD ed è presente in Linux fin dalle
libc4\footnote{la versione delle libc4 e libc5 usa però come argomenti dei
  puntatori a delle strutture \struct{dirent}; le glibc usano il prototipo
  originario di BSD, mostrato anche nella definizione, che prevede puntatori a
  \ctyp{void}.}  e deve essere specificata come argomento \param{compare} per
ottenere un ordinamento alfabetico (secondo il valore del campo \var{d\_name}
delle varie voci). Le \acr{glibc} prevedono come estensione\footnote{le glibc,
  a partire dalla versione 2.1, effettuano anche l'ordinamento alfabetico
  tenendo conto delle varie localizzazioni, usando \func{strcoll} al posto di
  \func{strcmp}.} anche \func{versionsort}, che ordina i nomi tenendo conto
del numero di versione (cioè qualcosa per cui \file{file10} viene comunque
dopo \func{file4}.)

Un semplice esempio dell'uso di queste funzioni è riportato in
\figref{fig:file_my_ls}, dove si è riportata la sezione principale di un
programma che, usando la routine di scansione illustrata in
\figref{fig:file_dirscan}, stampa i nomi dei file contenuti in una directory e
la relativa dimensione (in sostanza una versione semplificata del comando
\cmd{ls}).

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize
  \begin{lstlisting}{}
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>        /* directory */
#include <stdlib.h>        /* C standard library */
#include <unistd.h>

/* computation function for DirScan */
int do_ls(struct dirent * direntry);
/* main body */
int main(int argc, char *argv[]) 
{
    ...
    if ((argc - optind) != 1) {          /* There must be remaing parameters */
        printf("Wrong number of arguments %d\n", argc - optind);
        usage();
    }
    DirScan(argv[1], do_ls);
    exit(0);
}
/*
 * Routine to print file name and size inside DirScan
 */
int do_ls(struct dirent * direntry) 
{
    struct stat data;

    stat(direntry->d_name, &data);                          /* get stat data */
    printf("File: %s \t size: %d\n", direntry->d_name, data.st_size);
    return 0;
}
  \end{lstlisting}
  \caption{Esempio di codice per eseguire la lista dei file contenuti in una
    directory.} 
  \label{fig:file_my_ls}
\end{figure}

Il programma è estremamente semplice; in \figref{fig:file_my_ls} si è omessa
la parte di gestione delle opzioni (che prevede solo l'uso di una funzione per
la stampa della sintassi, anch'essa omessa) ma il codice completo potrà essere
trovato coi sorgenti allegati nel file \file{myls.c}.

In sostanza tutto quello che fa il programma, dopo aver controllato
(\texttt{\small 10--13}) di avere almeno un parametro (che indicherà la
directory da esaminare) è chiamare (\texttt{\small 14}) la funzione
\func{DirScan} per eseguire la scansione, usando la funzione \code{do\_ls}
(\texttt{\small 20--26}) per fare tutto il lavoro. 

Quest'ultima si limita (\texttt{\small 23}) a chiamare \func{stat} sul file
indicato dalla directory entry passata come argomento (il cui nome è appunto
\var{direntry->d\_name}), memorizzando in una opportuna struttura \var{data} i
dati ad esso relativi, per poi provvedere (\texttt{\small 24}) a stampare il
nome del file e la dimensione riportata in \var{data}.  

Dato che la funzione verrà chiamata all'interno di \func{DirScan} per ogni
voce presente questo è sufficiente a stampare la lista completa dei file e
delle relative dimensioni.  Si noti infine come si restituisca sempre 0 come
valore di ritorno per indicare una esecuzione senza errori.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize
  \begin{lstlisting}{}
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>        /* directory */
#include <stdlib.h>        /* C standard library */
#include <unistd.h>

/*
 * Function DirScan: 
 * 
 * Input:  the directory name and a computation function
 * Return: 0 if OK, -1 on errors
 */
int DirScan(char * dirname, int(*compute)(struct dirent *)) 
{
    DIR * dir;
    struct dirent *direntry;

    if ( (dir = opendir(dirname)) == NULL) {               /* oper directory */
        printf("Opening %s\n", dirname);          /* on error print messages */
        perror("Cannot open directory");                  /* and then return */
        return -1;
    }
    fd = dirfd(dir);                                  /* get file descriptor */
    fchdir(fd);                                          /* change directory */
    /* loop on directory entries */
    while ( (direntry = readdir(dir)) != NULL) {               /* read entry */
        if (compute(direntry)) {                   /* execute function on it */
            return -1;                                    /* on error return */
        }
    }
    closedir(dir);
    return 0;
}

  \end{lstlisting}
  \caption{Codice della routine di scansione di una directory contenuta nel
    file \file{DirScan.c}.} 
  \label{fig:file_dirscan}
\end{figure}

Tutto il grosso del lavoro è svolto dalla funzione \func{DirScan}, riportata
in \figref{fig:file_dirscan}. La funzione è volutamente generica e permette di
eseguire una funzione, passata come secondo argomento, su tutte le voci di una
directory.  La funzione inizia con l'aprire (\texttt{\small 19--23}) uno
stream sulla directory passata come primo argomento, stampando un messaggio in
caso di errore.

Il passo successivo (\texttt{\small 24--25}) è cambiare directory di lavoro
(vedi \secref{sec:file_work_dir}), usando in sequenza le funzione \func{dirfd}
e \func{fchdir} (in realtà si sarebbe potuto usare direttamente \func{chdir}
su \var{dirname}), in modo che durante il successivo ciclo (\texttt{\small
  27--31}) sulle singole voci dello stream ci si trovi all'interno della
directory.\footnote{questo è essenziale al funzionamento della funzione
  \code{do\_ls} (e ad ogni funzione che debba usare il campo \var{d\_name}, in
  quanto i nomi dei file memorizzati all'interno di una struttura
  \struct{dirent} sono sempre relativi alla directory in questione, e senza
  questo posizionamento non si sarebbe potuto usare \func{stat} per ottenere
  le dimensioni.}

Avendo usato lo stratagemma di fare eseguire tutte le manipolazioni necessarie
alla funzione passata come secondo argomento, il ciclo di scansione della
directory è molto semplice; si legge una voce alla volta (\texttt{\small 27})
all'interno di una istruzione di \code{while} e fintanto che si riceve una
voce valida (cioè un puntatore diverso da \val{NULL}) si esegue
(\texttt{\small 27}) la funzione di elaborazione \var{compare} (che nel nostro
caso sarà \code{do\_ls}), ritornando con un codice di errore (\texttt{\small
  28}) qualora questa presenti una anomalia (identificata da un codice di
ritorno negativo).

Una volta terminato il ciclo la funzione si conclude con la chiusura
(\texttt{\small 32}) dello stream\footnote{nel nostro caso, uscendo subito
  dopo la chiamata, questo non servirebbe, in generale però l'operazione è
  necessaria, dato che la funzione può essere invocata molte volte all'interno
  dello stesso processo, per cui non chiudere gli stream comporterebbe un
  consumo progressivo di risorse, con conseguente rischio di esaurimento delle
  stesse} e la restituzione (\texttt{\small 33}) del codice di operazioni
concluse con successo.


\subsection{La directory di lavoro}
\label{sec:file_work_dir}

A ciascun processo è associata una directory nel filesystem che è chiamata
\textsl{directory corrente} o \textsl{directory di lavoro} (in inglese
\textit{current working directory}) che è quella a cui si fa riferimento
quando un pathname è espresso in forma relativa, dove il ``\textsl{relativa}''
fa riferimento appunto a questa directory.

Quando un utente effettua il login, questa directory viene impostata alla
\textit{home directory} del suo account. Il comando \cmd{cd} della shell
consente di cambiarla a piacere, spostandosi da una directory ad un'altra, il
comando \cmd{pwd} la stampa sul terminale.  Siccome la directory corrente
resta la stessa quando viene creato un processo figlio (vedi
\secref{sec:proc_fork}), la directory corrente della shell diventa anche la
directory corrente di qualunque comando da essa lanciato.

In genere il kernel tiene traccia per ciascun processo dell'inode\index{inode}
della directory di lavoro, per ottenere il pathname occorre usare una apposita
funzione di libreria, \funcd{getcwd}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{char *getcwd(char *buffer, size\_t size)}
  Legge il pathname della directory di lavoro corrente.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore \param{buffer} se riesce,
    \val{NULL} se fallisce, in quest'ultimo caso la variabile
    \var{errno} è impostata con i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EINVAL}] L'argomento \param{size} è zero e \param{buffer} non
    è nullo.
  \item[\errcode{ERANGE}] L'argomento \param{size} è più piccolo della
    lunghezza del pathname. 
  \item[\errcode{EACCES}] Manca il permesso di lettura o di ricerca su uno dei
    componenti del pathname (cioè su una delle directory superiori alla
    corrente).
  \end{errlist}}
\end{prototype}

La funzione restituisce il pathname completo della directory di lavoro nella
stringa puntata da \param{buffer}, che deve essere precedentemente allocata,
per una dimensione massima di \param{size}.  Il buffer deve essere
sufficientemente lungo da poter contenere il pathname completo più lo zero di
terminazione della stringa. Qualora esso ecceda le dimensioni specificate con
\param{size} la funzione restituisce un errore.

Si può anche specificare un puntatore nullo come
\param{buffer},\footnote{questa è un'estensione allo standard POSIX.1,
  supportata da Linux.} nel qual caso la stringa sarà allocata automaticamente
per una dimensione pari a \param{size} qualora questa sia diversa da zero, o
della lunghezza esatta del pathname altrimenti. In questo caso ci si deve
ricordare di disallocare la stringa una volta cessato il suo utilizzo.

Di questa funzione esiste una versione \code{char *getwd(char *buffer)}
fatta per compatibilità all'indietro con BSD, che non consente di specificare
la dimensione del buffer; esso deve essere allocato in precedenza ed avere una
dimensione superiore a \const{PATH\_MAX} (di solito 256 byte, vedi
\secref{sec:sys_limits}); il problema è che in Linux non esiste una dimensione
superiore per un pathname, per cui non è detto che il buffer sia sufficiente a
contenere il nome del file, e questa è la ragione principale per cui questa
funzione è deprecata.

Una seconda funzione simile è \code{char *get\_current\_dir\_name(void)} che è
sostanzialmente equivalente ad una \code{getcwd(NULL, 0)}, con la sola
differenza che essa ritorna il valore della variabile di ambiente \val{PWD},
che essendo costruita dalla shell può contenere un pathname comprendente anche
dei link simbolici. Usando \func{getcwd} infatti, essendo il pathname ricavato
risalendo all'indietro l'albero della directory, si perderebbe traccia di ogni
passaggio attraverso eventuali link simbolici.

Per cambiare la directory di lavoro si può usare la funzione \funcd{chdir}
(equivalente del comando di shell \cmd{cd}) il cui nome sta appunto per
\textit{change directory}, il suo prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int chdir(const char *pathname)} 
  Cambia la directory di lavoro in \param{pathname}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 per un errore,
    nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{ENOTDIR}] Non si è specificata una directory.
  \item[\errcode{EACCES}] Manca il permesso di ricerca su uno dei componenti
    di \param{path}.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP} e \errval{EIO}.}
\end{prototype}
\noindent ed ovviamente \param{pathname} deve indicare una directory per la
quale si hanno i permessi di accesso.

Dato che anche le directory sono file, è possibile riferirsi ad esse anche
tramite il file descriptor, e non solo tramite il pathname, per fare questo si
usa \funcd{fchdir}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int fchdir(int fd)} 
  Identica a \func{chdir}, ma usa il file descriptor \param{fd} invece del
  pathname.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, in caso di errore \var{errno} assumerà i valori \errval{EBADF} o
    \errval{EACCES}.}
\end{prototype}
\noindent anche in questo caso \param{fd} deve essere un file descriptor
valido che fa riferimento ad una directory. Inoltre l'unico errore di accesso
possibile (tutti gli altri sarebbero occorsi all'apertura di \param{fd}), è
quello in cui il processo non ha il permesso di accesso alla directory
specificata da \param{fd}.



\subsection{I file temporanei}
\label{sec:file_temp_file}

In molte occasioni è utile poter creare dei file temporanei; benché la cosa
sembri semplice, in realtà il problema è più sottile di quanto non appaia a
prima vista. Infatti anche se sembrerebbe banale generare un nome a caso e
creare il file dopo aver controllato che questo non esista, nel momento fra il
controllo e la creazione si ha giusto lo spazio per una possibile \textit{race
  condition}\index{race condition} (si ricordi quanto visto in
\secref{sec:proc_race_cond}).

Le \acr{glibc} provvedono varie funzioni per generare nomi di file temporanei,
di cui si abbia certezza di unicità (al momento della generazione); la prima
di queste funzioni è \funcd{tmpnam} il cui prototipo è:
\begin{prototype}{stdio.h}{char *tmpnam(char *string)}
  Restituisce il puntatore ad una stringa contente un nome di file valido e
  non esistente al momento dell'invocazione. 

  \bodydesc{La funzione ritorna il puntatore alla stringa con il nome o
  \val{NULL} in caso di fallimento. Non sono definiti errori.}
\end{prototype}
\noindent se si è passato un puntatore \param{string} non nullo questo deve
essere di dimensione \const{L\_tmpnam} (costante definita in \file{stdio.h},
come \const{P\_tmpdir} e \const{TMP\_MAX}) ed il nome generato vi verrà
copiato automaticamente; altrimenti il nome sarà generato in un buffer statico
interno che verrà sovrascritto ad una chiamata successiva.  Successive
invocazioni della funzione continueranno a restituire nomi unici fino ad un
massimo di \const{TMP\_MAX} volte. Al nome viene automaticamente aggiunto come
prefisso la directory specificata da \const{P\_tmpdir}.

Di questa funzione esiste una versione rientrante, \func{tmpnam\_r}, che non
fa nulla quando si passa \val{NULL} come parametro. Una funzione simile,
\funcd{tempnam}, permette di specificare un prefisso per il file
esplicitamente, il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stdio.h}{char *tempnam(const char *dir, const char *pfx)}
  Restituisce il puntatore ad una stringa contente un nome di file valido e
  non esistente al momento dell'invocazione.

  \bodydesc{La funzione ritorna il puntatore alla stringa con il nome o
  \val{NULL} in caso di fallimento, \var{errno} viene impostata a
  \errval{ENOMEM} qualora fallisca l'allocazione della stringa.}
\end{prototype}

La funzione alloca con \code{malloc} la stringa in cui restituisce il nome,
per cui è sempre rientrante, occorre però ricordarsi di disallocare il
puntatore che restituisce.  L'argomento \param{pfx} specifica un prefisso di
massimo 5 caratteri per il nome provvisorio. La funzione assegna come
directory per il file temporaneo (verificando che esista e sia accessibili),
la prima valida delle seguenti:
\begin{itemize*}
\item La variabile di ambiente \const{TMPNAME} (non ha effetto se non è
  definita o se il programma chiamante è \acr{suid} o \acr{sgid}, vedi
  \secref{sec:file_suid_sgid}).
\item il valore dell'argomento \param{dir} (se diverso da \val{NULL}).
\item Il valore della costante \const{P\_tmpdir}.
\item la directory \file{/tmp}.
\end{itemize*}

In ogni caso, anche se la generazione del nome è casuale, ed è molto difficile
ottenere un nome duplicato, nulla assicura che un altro processo non possa
avere creato, fra l'ottenimento del nome e l'apertura del file, un altro file
con lo stesso nome; per questo motivo quando si usa il nome ottenuto da una di
queste funzioni occorre sempre aprire il nuovo file in modalità di esclusione
(cioè con l'opzione \const{O\_EXCL} per i file descriptor o con il flag
\code{x} per gli stream) che fa fallire l'apertura in caso il file sia già
esistente.

Per evitare di dovere effettuare a mano tutti questi controlli, lo standard
POSIX definisce la funzione \funcd{tempfile}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{stdio.h}{FILE *tmpfile (void)}
  Restituisce un file temporaneo aperto in lettura/scrittura.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il puntatore allo stream associato al file
    temporaneo in caso di successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual
    caso \var{errno} assumerà i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
    \item[\errcode{EEXIST}] Non è stato possibile generare un nome univoco.
    \end{errlist}
    ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE}, \errval{ENFILE},
    \errval{ENOSPC}, \errval{EROFS} e \errval{EACCES}.}
\end{prototype}
\noindent essa restituisce direttamente uno stream già aperto (in modalità
\code{r+b}, si veda \secref{sec:file_fopen}) e pronto per l'uso, che viene
automaticamente cancellato alla sua chiusura o all'uscita dal programma. Lo
standard non specifica in quale directory verrà aperto il file, ma le
\acr{glibc} prima tentano con \const{P\_tmpdir} e poi con \file{/tmp}. Questa
funzione è rientrante e non soffre di problemi di \textit{race
  condition}\index{race condition}.

Alcune versioni meno recenti di Unix non supportano queste funzioni; in questo
caso si possono usare le vecchie funzioni \funcd{mktemp} e \func{mkstemp} che
modificano una stringa di input che serve da modello e che deve essere
conclusa da 6 caratteri \code{X} che verranno sostituiti da un codice
unico. La prima delle due è analoga a \funcd{tmpnam} e genera un nome casuale,
il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stlib.h}{char *mktemp(char *template)}
  Genera un filename univoco sostituendo le \code{XXXXXX} finali di
  \param{template}.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il puntatore \param{template} in caso di
    successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
    assumerà i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINVAL}] \param{template} non termina con \code{XXXXXX}.
    \end{errlist}}
\end{prototype}
\noindent dato che \param{template} deve poter essere modificata dalla
funzione non si può usare una stringa costante.  Tutte le avvertenze riguardo
alle possibili \textit{race condition}\index{race condition} date per
\func{tmpnam} continuano a valere; inoltre in alcune vecchie implementazioni
il valore usato per sostituire le \code{XXXXXX} viene formato con il \acr{pid}
del processo più una lettera, il che mette a disposizione solo 26 possibilità
diverse per il nome del file, e rende il nome temporaneo facile da indovinare.
Per tutti questi motivi la funzione è deprecata e non dovrebbe mai essere
usata.

La seconda funzione, \funcd{mkstemp} è sostanzialmente equivalente a
\func{tmpfile}, ma restituisce un file descriptor invece di uno stream; il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{stlib.h}{int mkstemp(char *template)}
  Genera un file temporaneo con un nome ottenuto sostituendo le \code{XXXXXX}
  finali di \param{template}.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso successo e
    -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINVAL}] \param{template} non termina con \code{XXXXXX}.
    \item[\errcode{EEXIST}] non è riuscita a creare un file temporaneo, il
      contenuto di \param{template} è indefinito.
    \end{errlist}}
\end{prototype}
\noindent come per \func{mktemp} anche in questo caso \param{template} non può
essere una stringa costante. La funzione apre un file in lettura/scrittura con
la funzione \func{open}, usando l'opzione \const{O\_EXCL} (si veda
\secref{sec:file_open}), in questo modo al ritorno della funzione si ha la
certezza di essere i soli utenti del file. I permessi sono impostati al valore
\code{0600}\footnote{questo è vero a partire dalle \acr{glibc} 2.0.7, le
  versioni precedenti delle \acr{glibc} e le vecchie \acr{libc5} e \acr{libc4}
  usavano il valore \code{0666} che permetteva a chiunque di leggere i
  contenuti del file.} (si veda \secref{sec:file_perm_overview}).

In OpenBSD è stata introdotta un'altra funzione\footnote{introdotta anche in
  Linux a partire dalle \acr{glibc} 2.1.91.} simile alle precedenti,
\funcd{mkdtemp}, che crea una directory temporanea; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stlib.h}{char *mkdtemp(char *template)}
  Genera una directory temporaneo il cui nome è ottenuto sostituendo le
  \code{XXXXXX} finali di \param{template}.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il puntatore al nome della directory in caso
    successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
    assumerà i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINVAL}] \param{template} non termina con \code{XXXXXX}.
    \end{errlist}
    più gli altri eventuali codici di errore di \func{mkdir}.}
\end{prototype}
\noindent la directory è creata con permessi \code{0700} (al solito si veda
\capref{cha:file_unix_interface} per i dettagli); dato che la creazione della
directory è sempre esclusiva i precedenti problemi di \textit{race
  condition}\index{race condition} non si pongono.


\section{La manipolazione delle caratteristiche dei files}
\label{sec:file_infos}

Come spiegato in \secref{sec:file_filesystem} tutte le informazioni generali
relative alle caratteristiche di ciascun file, a partire dalle informazioni
relative al controllo di accesso, sono mantenute nell'inode\index{inode}.

Vedremo in questa sezione come sia possibile leggere tutte queste informazioni
usando la funzione \func{stat}, che permette l'accesso a tutti i dati
memorizzati nell'inode\index{inode}; esamineremo poi le varie funzioni usate
per manipolare tutte queste informazioni (eccetto quelle che riguardano la
gestione del controllo di accesso, trattate in in
\secref{sec:file_access_control}).


\subsection{Le funzioni \func{stat}, \func{fstat} e \func{lstat}}
\label{sec:file_stat}

La lettura delle informazioni relative ai file è fatta attraverso la famiglia
delle funzioni \func{stat} (\funcd{stat}, \funcd{fstat} e \funcd{lstat});
questa è la funzione che ad esempio usa il comando \cmd{ls} per poter ottenere
e mostrare tutti i dati dei files. I prototipi di queste funzioni sono i
seguenti:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} 
  \headdecl{sys/stat.h} 
  \headdecl{unistd.h}

  \funcdecl{int stat(const char *file\_name, struct stat *buf)} Legge le
  informazione del file specificato da \param{file\_name} e le inserisce in
  \param{buf}.
  
  \funcdecl{int lstat(const char *file\_name, struct stat *buf)} Identica a
  \func{stat} eccetto che se il \param{file\_name} è un link simbolico vengono
  lette le informazioni relativae ad esso e non al file a cui fa riferimento.
  
  \funcdecl{int fstat(int filedes, struct stat *buf)} Identica a \func{stat}
  eccetto che si usa con un file aperto, specificato tramite il suo file
  descriptor \param{filedes}.
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori: \errval{EBADF},
    \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR}, \errval{ELOOP}, \errval{EFAULT},
    \errval{EACCES}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENAMETOOLONG}.}
\end{functions}
\noindent il loro comportamento è identico, solo che operano rispettivamente
su un file, su un link simbolico e su un file descriptor.

La struttura \struct{stat} usata da queste funzioni è definita nell'header
\file{sys/stat.h} e in generale dipende dall'implementazione; la versione
usata da Linux è mostrata in \figref{fig:file_stat_struct}, così come
riportata dalla pagina di manuale di \func{stat} (in realtà la definizione
effettivamente usata nel kernel dipende dall'architettura e ha altri campi
riservati per estensioni come tempi più precisi, o per il padding dei campi).

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct stat {
    dev_t         st_dev;      /* device */
    ino_t         st_ino;      /* inode */
    mode_t        st_mode;     /* protection */
    nlink_t       st_nlink;    /* number of hard links */
    uid_t         st_uid;      /* user ID of owner */
    gid_t         st_gid;      /* group ID of owner */
    dev_t         st_rdev;     /* device type (if inode device) */
    off_t         st_size;     /* total size, in bytes */
    unsigned long st_blksize;  /* blocksize for filesystem I/O */
    unsigned long st_blocks;   /* number of blocks allocated */
    time_t        st_atime;    /* time of last access */
    time_t        st_mtime;    /* time of last modification */
    time_t        st_ctime;    /* time of last change */
};
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{stat} per la lettura delle informazioni dei 
    file.}
  \label{fig:file_stat_struct}
\end{figure}

Si noti come i vari membri della struttura siano specificati come tipi
primitivi del sistema (di quelli definiti in
\tabref{tab:intro_primitive_types}, e dichiarati in \file{sys/types.h}).


\subsection{I tipi di file}
\label{sec:file_types}

Come riportato in \tabref{tab:file_file_types} in Linux oltre ai file e alle
directory esistono altri oggetti che possono stare su un filesystem.  Il tipo
di file è ritornato dalla \func{stat} come maschera binaria nel campo
\var{st\_mode} (che contiene anche le informazioni relative ai permessi).

Dato che il valore numerico può variare a seconda delle implementazioni, lo
standard POSIX definisce un insieme di macro per verificare il tipo di file,
queste vengono usate anche da Linux che supporta pure le estensioni allo
standard per i link simbolici e i socket\index{socket} definite da BSD;
l'elenco completo delle macro con cui è possibile estrarre l'informazione da
\var{st\_mode} è riportato in \tabref{tab:file_type_macro}.
\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|l|}
    \hline
    \textbf{Macro} & \textbf{Tipo del file} \\
    \hline
    \hline
    \macro{S\_ISREG(m)}  & file regolare \\
    \macro{S\_ISDIR(m)}  & directory \\
    \macro{S\_ISCHR(m)}  & dispositivo a caratteri \\
    \macro{S\_ISBLK(m)}  & dispositivo a blocchi\\
    \macro{S\_ISFIFO(m)} & fifo \\
    \macro{S\_ISLNK(m)}  & link simbolico \\
    \macro{S\_ISSOCK(m)} & socket\index{socket} \\
    \hline    
  \end{tabular}
  \caption{Macro per i tipi di file (definite in \texttt{sys/stat.h}).}
  \label{tab:file_type_macro}
\end{table}

Oltre alle macro di \tabref{tab:file_type_macro} è possibile usare
direttamente il valore di \var{st\_mode} per ricavare il tipo di file
controllando direttamente i vari bit in esso memorizzati. Per questo sempre in
\file{sys/stat.h} sono definite le costanti numeriche riportate in
\tabref{tab:file_mode_flags}.

Il primo valore dell'elenco di \tabref{tab:file_mode_flags} è la maschera
binaria che permette di estrarre i bit nei quali viene memorizzato il tipo di
file, i valori successivi sono le costanti corrispondenti ai singoli bit, e
possono essere usati per effettuare la selezione sul tipo di file voluto, con
un'opportuna combinazione.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
    \hline
    \textbf{Flag} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \const{S\_IFMT}   &  0170000 & maschera per i bit del tipo di file \\
    \const{S\_IFSOCK} &  0140000 & socket\index{socket}             \\
    \const{S\_IFLNK}  &  0120000 & link simbolico     \\
    \const{S\_IFREG}  &  0100000 & file regolare      \\ 
    \const{S\_IFBLK}  &  0060000 & dispositivo a blocchi   \\
    \const{S\_IFDIR}  &  0040000 & directory          \\ 
    \const{S\_IFCHR}  &  0020000 & dispositivo a caratteri \\
    \const{S\_IFIFO}  &  0010000 & fifo               \\
    \hline
    \const{S\_ISUID}  &  0004000 & set UID bit   \\
    \const{S\_ISGID}  &  0002000 & set GID bit   \\
    \const{S\_ISVTX}  &  0001000 & sticky bit    \\
    \hline
%    \const{S\_IRWXU}  &  00700   & bitmask per i permessi del proprietario  \\
    \const{S\_IRUSR}  &  00400   & il proprietario ha permesso di lettura   \\
    \const{S\_IWUSR}  &  00200   & il proprietario ha permesso di scrittura \\
    \const{S\_IXUSR}  &  00100   & il proprietario ha permesso di esecuzione\\
    \hline
%    \const{S\_IRWXG}  &  00070   & bitmask per i permessi del gruppo        \\
    \const{S\_IRGRP}  &  00040   & il gruppo ha permesso di lettura         \\
    \const{S\_IWGRP}  &  00020   & il gruppo ha permesso di scrittura       \\
    \const{S\_IXGRP}  &  00010   & il gruppo ha permesso di esecuzione      \\
    \hline
%    \const{S\_IRWXO}  &  00007   & bitmask per i permessi di tutti gli altri\\
    \const{S\_IROTH}  &  00004   & gli altri hanno permesso di lettura      \\
    \const{S\_IWOTH}  &  00002   & gli altri hanno permesso di esecuzione   \\
    \const{S\_IXOTH}  &  00001   & gli altri hanno permesso di esecuzione   \\
    \hline    
  \end{tabular}
  \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit che compongono il campo
    \var{st\_mode} (definite in \file{sys/stat.h}).}
  \label{tab:file_mode_flags}
\end{table}

Ad esempio se si volesse impostare una condizione che permetta di controllare
se un file è una directory o un file ordinario si potrebbe definire la macro
di preprocessore:
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
#define IS_FILE_DIR(x) (((x) & S_IFMT) & (S_IFDIR | S_IFREG))
\end{lstlisting}
in cui prima si estraggono da \var{st\_mode} i bit relativi al tipo di file e
poi si effettua il confronto con la combinazione di tipi scelta.


\subsection{Le dimensioni dei file}
\label{sec:file_file_size}

Il campo \var{st\_size} contiene la dimensione del file in byte (se si tratta
di un file regolare, nel caso di un link simbolico la dimensione è quella del
pathname che contiene, per le fifo è sempre nullo).

Il campo \var{st\_blocks} definisce la lunghezza del file in blocchi di 512
byte. Il campo \var{st\_blksize} infine definisce la dimensione preferita per
i trasferimenti sui file (che è la dimensione usata anche dalle librerie del C
per l'interfaccia degli stream); scrivere sul file a blocchi di dati di
dimensione inferiore sarebbe inefficiente.

Si tenga conto che la lunghezza del file riportata in \var{st\_size} non è
detto che corrisponda all'occupazione dello spazio su disco per via della
possibile esistenza dei cosiddetti \textit{holes} (letteralmente
\textsl{buchi}) che si formano tutte le volte che si va a scrivere su un file
dopo aver eseguito una \func{lseek} (vedi \secref{sec:file_lseek}) oltre la
sua fine.

In questo caso si avranno risultati differenti a seconda del modo in cui si
calcola la lunghezza del file, ad esempio il comando \cmd{du}, (che riporta il
numero di blocchi occupati) potrà dare una dimensione inferiore, mentre se si
legge dal file (ad esempio usando il comando \cmd{wc -c}), dato che in tal
caso per le parti non scritte vengono restituiti degli zeri, si avrà lo stesso
risultato di \cmd{ls}.

Se è sempre possibile allargare un file, scrivendoci sopra od usando la
funzione \func{lseek} per spostarsi oltre la sua fine, esistono anche casi in
cui si può avere bisogno di effettuare un troncamento, scartando i dati
presenti al di là della dimensione scelta come nuova fine del file.

Un file può sempre essere troncato a zero aprendolo con il flag
\const{O\_TRUNC}, ma questo è un caso particolare; per qualunque altra
dimensione si possono usare le due funzioni \funcd{truncate} e
\funcd{ftruncate}, i cui prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{unistd.h} \funcdecl{int truncate(const char *file\_name, off\_t
    length)} Fa si che la dimensione del file \param{file\_name} sia troncata
  ad un valore massimo specificato da \param{lenght}.
  
  \funcdecl{int ftruncate(int fd, off\_t length))} Identica a \func{truncate}
  eccetto che si usa con un file aperto, specificato tramite il suo file
  descriptor \param{fd}.
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} viene impostata opportunamente; per
    \func{ftruncate} si hanno i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EBADF}] \param{fd}  non è un file descriptor.
  \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un riferimento ad un
    socket\index{socket}, non a un file o non è aperto in scrittura.
  \end{errlist}
  per \func{truncate} si hanno:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EACCES}] il file non ha permesso di scrittura o non si ha il
    permesso di esecuzione una delle directory del pathname. 
  \item[\errcode{ETXTBSY}] Il file è un programma in esecuzione.
  \end{errlist}
  ed anche \errval{ENOTDIR}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{EROFS}, \errval{EIO}, \errval{EFAULT}, \errval{ELOOP}.}
\end{functions}

Se il file è più lungo della lunghezza specificata i dati in eccesso saranno
perduti; il comportamento in caso di lunghezza inferiore non è specificato e
dipende dall'implementazione: il file può essere lasciato invariato o esteso
fino alla lunghezza scelta; in quest'ultimo caso lo spazio viene riempito con
zeri (e in genere si ha la creazione di un \textit{hole} nel file).


\subsection{I tempi dei file}
\label{sec:file_file_times}

Il sistema mantiene per ciascun file tre tempi. Questi sono registrati
nell'inode\index{inode} insieme agli altri attributi del file e possono essere
letti tramite la funzione \func{stat}, che li restituisce attraverso tre campi
della struttura \struct{stat} di \figref{fig:file_stat_struct}. Il significato
di detti tempi e dei relativi campi è riportato nello schema in
\tabref{tab:file_file_times}, dove è anche riportato un esempio delle funzioni
che effettuano cambiamenti su di essi.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|l|l|c|}
    \hline
    \textbf{Membro} & \textbf{Significato} & \textbf{Funzione} 
    & \textbf{Opzione di \cmd{ls}} \\
    \hline
    \hline
    \var{st\_atime}& ultimo accesso ai dati del file &\func{read}, 
    \func{utime} & \cmd{-u}\\ 
    \var{st\_mtime}& ultima modifica ai dati del file &\func{write}, 
    \func{utime} & default\\ 
    \var{st\_ctime}& ultima modifica ai dati dell'inode&\func{chmod}, 
    \func{utime} & \cmd{-c} \\ 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{I tre tempi associati a ciascun file.}
  \label{tab:file_file_times}
\end{table}

Il primo punto da tenere presente è la differenza fra il cosiddetto tempo di
modifica (il \textit{modification time} \var{st\_mtime}) e il tempo di
cambiamento di stato (il \textit{change time} \var{st\_ctime}). Il primo
infatti fa riferimento ad una modifica del contenuto di un file, mentre il
secondo ad una modifica dell'inode\index{inode}; siccome esistono molte
operazioni (come la funzione \func{link} e molte altre che vedremo in seguito)
che modificano solo le informazioni contenute nell'inode\index{inode} senza
toccare il file, diventa necessario l'utilizzo di un altro tempo.

Il sistema non tiene conto dell'ultimo accesso all'inode\index{inode},
pertanto funzioni come \func{access} o \func{stat} non hanno alcuna influenza
sui tre tempi. Il tempo di ultimo accesso (ai dati) viene di solito usato per
cancellare i file che non servono più dopo un certo lasso di tempo (ad esempio
\cmd{leafnode} cancella i vecchi articoli sulla base di questo tempo).

Il tempo di ultima modifica invece viene usato da \cmd{make} per decidere
quali file necessitano di essere ricompilati o (talvolta insieme anche al
tempo di cambiamento di stato) per decidere quali file devono essere
archiviati per il backup. Il comando \cmd{ls} (quando usato con le opzioni
\cmd{-l} o \cmd{-t}) mostra i tempi dei file secondo lo schema riportato
nell'ultima colonna di \tabref{tab:file_file_times}.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|c|c|c|l|}
    \hline
    \multicolumn{1}{|p{3cm}|}{\centering{\vspace{6pt}\textbf{Funzione}}} &
    \multicolumn{3}{|p{3.6cm}|}{\centering{
        \textbf{File o directory del riferimento}}}&
    \multicolumn{3}{|p{3.6cm}|}{\centering{
        \textbf{Directory contenente il riferimento}}} 
    &\multicolumn{1}{|p{3.6cm}|}{\centering{\vspace{6pt}\textbf{Note}}} \\
    \cline{2-7}
    \cline{2-7}
    \multicolumn{1}{|p{3cm}|}{} 
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(a)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(m)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(c)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(a)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(m)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{.9cm}|}{\centering{\textsl{(c)}}}
    &\multicolumn{1}{|p{3cm}|}{} \\
    \hline
    \hline
    \func{chmod}, \func{fchmod} 
    &         &         &$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{chown}, \func{fchown} 
    &         &         &$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{creat}  
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$&  con 
    \const{O\_CREATE} \\    \func{creat}  
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$&   
    con \const{O\_TRUNC} \\    \func{exec}  
    &$\bullet$&         &         &         &         &         & \\
    \func{lchown}  
    &         &         &$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{link}
    &         &         &$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& \\
    \func{mkdir}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& \\
    \func{mkfifo}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& \\
    \func{open}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& con 
    \const{O\_CREATE} \\    \func{open}
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & con 
    \const{O\_TRUNC}  \\    \func{pipe}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{read}
    &$\bullet$&         &         &         &         &         & \\
    \func{remove}
    &         &         &$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& se esegue 
    \func{unlink}\\    \func{remove}
    &         &         &         &         &$\bullet$&$\bullet$& se esegue 
    \func{rmdir}\\ \func{rename}
    &         &         &$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& per entrambi
    gli argomenti\\ \func{rmdir}
    &         &         &         &         &$\bullet$&$\bullet$& \\ 
    \func{truncate}, \func{ftruncate}
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & \\ 
    \func{unlink}
    &         &         &$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& \\ 
    \func{utime}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & \\ 
    \func{write}
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & \\ 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Prospetto dei cambiamenti effettuati sui tempi di ultimo 
    accesso \textsl{(a)}, ultima modifica \textsl{(m)} e ultimo cambiamento
    \textsl{(c)} dalle varie funzioni operanti su file e directory.}
  \label{tab:file_times_effects}  
\end{table}

L'effetto delle varie funzioni di manipolazione dei file sui tempi è
illustrato in \tabref{tab:file_times_effects}. Si sono riportati gli effetti
sia per il file a cui si fa riferimento, sia per la directory che lo contiene;
questi ultimi possono essere capiti se si tiene conto di quanto già detto, e
cioè che anche le directory sono file (che contengono una lista di nomi) che
il sistema tratta in maniera del tutto analoga a tutti gli altri.

Per questo motivo tutte le volte che compiremo un'operazione su un file che
comporta una modifica del nome contenuto nella directory, andremo anche a
scrivere sulla directory che lo contiene cambiandone il tempo di modifica. Un
esempio di questo può essere la cancellazione di un file, invece leggere o
scrivere o cambiare i permessi di un file ha effetti solo sui tempi di
quest'ultimo.

Si noti infine come \var{st\_ctime} non abbia nulla a che fare con il tempo di
creazione del file, usato in molti altri sistemi operativi, ma che in Unix non
esiste. Per questo motivo quando si copia un file, a meno di preservare
esplicitamente i tempi (ad esempio con l'opzione \cmd{-p} di \cmd{cp}) esso
avrà sempre il tempo corrente come data di ultima modifica.


\subsection{La funzione \func{utime}}
\label{sec:file_utime}

I tempi di ultimo accesso e modifica possono essere cambiati usando la
funzione \funcd{utime}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{utime.h}
{int utime(const char *filename, struct utimbuf *times)} 

Cambia i tempi di ultimo accesso e modifica dell'inode\index{inode}
specificato da \param{filename} secondo i campi \var{actime} e \var{modtime}
di \param{times}. Se questa è \val{NULL} allora viene usato il tempo corrente.

\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
  errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EACCES}] non si ha il permesso di scrittura sul file.
  \item[\errcode{ENOENT}] \param{filename} non esiste.
  \end{errlist}}
\end{prototype}

La funzione prende come argomento \param{times} una struttura
\struct{utimebuf}, la cui definizione è riportata in
\figref{fig:struct_utimebuf}, con la quale si possono specificare i nuovi
valori che si vogliono impostare per tempi.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct utimbuf {
        time_t actime;  /* access time */
        time_t modtime; /* modification time */
};
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{utimbuf}, usata da \func{utime} per modificare
    i tempi dei file.}
  \label{fig:struct_utimebuf}
\end{figure}

L'effetto della funzione e i privilegi necessari per eseguirla dipendono da
cosa è l'argomento \param{times}; se è \val{NULL} la funzione imposta il
tempo corrente ed è sufficiente avere accesso in scrittura al file; se invece
si è specificato un valore la funzione avrà successo solo se si è proprietari
del file (o si hanno i privilegi di amministratore).

Si tenga presente che non è comunque possibile specificare il tempo di
cambiamento di stato del file, che viene comunque cambiato dal kernel tutte le
volte che si modifica l'inode\index{inode} (quindi anche alla chiamata di
\func{utime}).  Questo serve anche come misura di sicurezza per evitare che si
possa modificare un file nascondendo completamente le proprie tracce.  In
realtà la cosa resta possibile, se si è in grado di accedere al file di
dispositivo, scrivendo direttamente sul disco senza passare attraverso il
filesystem, ma ovviamente in questo modo la cosa è molto più complicata da
realizzare.



\section{Il controllo di accesso ai file}
\label{sec:file_access_control}

Una delle caratteristiche fondamentali di tutti i sistemi unix-like è quella
del controllo di accesso ai file, che viene implementato per qualunque
filesystem standard.\footnote{per standard si intende che implementa le
  caratteristiche previste dallo standard POSIX. In Linux sono disponibili
  anche una serie di altri filesystem, come quelli di Windows e del Mac, che
  non supportano queste caratteristiche.} In questa sezione ne esamineremo i
concetti essenziali e le funzioni usate per gestirne i vari aspetti.


\subsection{I permessi per l'accesso ai file}
\label{sec:file_perm_overview}

Ad ogni file Linux associa sempre l'utente che ne è proprietario (il
cosiddetto \textit{owner}) ed un gruppo di appartenenza, secondo il meccanismo
degli identificatori di utente e gruppo (\acr{uid} e \acr{gid}). Questi valori
sono accessibili da programma tramite la funzione \func{stat}, e sono
mantenuti nei campi \var{st\_uid} e \var{st\_gid} della struttura
\struct{stat} (si veda \secref{sec:file_stat}).\footnote{Questo è vero solo
  per filesystem di tipo Unix, ad esempio non è vero per il filesystem vfat di
  Windows, che non fornisce nessun supporto per l'accesso multiutente, e per
  il quale i permessi vengono assegnati in maniera fissa con un opzione in
  fase di montaggio.}

Il controllo di accesso ai file segue un modello abbastanza semplice che
prevede tre permessi fondamentali strutturati su tre livelli di accesso.
Esistono varie estensioni a questo modello,\footnote{come le \textit{Access
    Control List} che possono essere aggiunte al filesystem standard con
  opportune patch, la cui introduzione nei kernel ufficiali è iniziata con la
  serie 2.5.x. per arrivare a meccanismi di controllo ancora più sofisticati
  come il \textit{mandatory access control} di SE-Linux.} ma nella maggior
parte dei casi il meccanismo standard è più che sufficiente a soddisfare tutte
le necessità più comuni.  I tre permessi di base associati ad ogni file sono:
\begin{itemize*}
\item il permesso di lettura (indicato con la lettera \texttt{r}, dall'inglese
  \textit{read}).
\item il permesso di scrittura (indicato con la lettera \texttt{w},
  dall'inglese \textit{write}).
\item il permesso di esecuzione (indicato con la lettera \texttt{x},
  dall'inglese \textit{execute}).
\end{itemize*}
mentre i tre livelli su cui sono divisi i privilegi sono:
\begin{itemize*}
\item i privilegi per l'utente proprietario del file.
\item i privilegi per un qualunque utente faccia parte del gruppo cui
  appartiene il file.
\item i privilegi per tutti gli altri utenti.
\end{itemize*}

L'insieme dei permessi viene espresso con un numero a 12 bit; di questi i nove
meno significativi sono usati a gruppi di tre per indicare i permessi base di
lettura, scrittura ed esecuzione e sono applicati rispettivamente
rispettivamente al proprietario, al gruppo, a tutti gli altri.

\begin{figure}[htb]
  \centering
  \includegraphics[width=6cm]{img/fileperm}
  \caption{Lo schema dei bit utilizzati per specificare i permessi di un file
    contenuti nel campo \var{st\_mode} di \struct{fstat}.}
  \label{fig:file_perm_bit}
\end{figure}

I restanti tre bit (noti come \acr{suid}, \acr{sgid}, e \textsl{sticky}) sono
usati per indicare alcune caratteristiche più complesse del meccanismo del
controllo di accesso su cui torneremo in seguito (in
\secref{sec:file_suid_sgid} e \secref{sec:file_sticky}); lo schema di
allocazione dei bit è riportato in \figref{fig:file_perm_bit}.

Anche i permessi, come tutte le altre informazioni pertinenti al file, sono
memorizzati nell'inode\index{inode}; in particolare essi sono contenuti in
alcuni bit del campo \var{st\_mode} della struttura \struct{stat} (si veda di
nuovo \figref{fig:file_stat_struct}).

In genere ci si riferisce ai tre livelli dei privilegi usando le lettere
\cmd{u} (per \textit{user}), \cmd{g} (per \textit{group}) e \cmd{o} (per
\textit{other}), inoltre se si vuole indicare tutti i raggruppamenti insieme
si usa la lettera \cmd{a} (per \textit{all}). Si tenga ben presente questa
distinzione dato che in certi casi, mutuando la terminologia in uso nel VMS,
si parla dei permessi base come di permessi per \textit{owner}, \textit{group}
ed \textit{all}, le cui iniziali possono dar luogo a confusione.  Le costanti
che permettono di accedere al valore numerico di questi bit nel campo
\var{st\_mode} sono riportate in \tabref{tab:file_bit_perm}.

\begin{table}[htb]
  \centering
    \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|l|}
    \hline
    \textbf{\var{st\_mode}} bit & \textbf{Significato} \\
    \hline 
    \hline 
    \const{S\_IRUSR}  &  \textit{user-read}, l'utente può leggere     \\
    \const{S\_IWUSR}  &  \textit{user-write}, l'utente può scrivere   \\
    \const{S\_IXUSR}  &  \textit{user-execute}, l'utente può eseguire \\ 
    \hline              
    \const{S\_IRGRP}  &  \textit{group-read}, il gruppo può leggere    \\
    \const{S\_IWGRP}  &  \textit{group-write}, il gruppo può scrivere  \\
    \const{S\_IXGRP}  &  \textit{group-execute}, il gruppo può eseguire\\
    \hline              
    \const{S\_IROTH}  &  \textit{other-read}, tutti possono leggere    \\
    \const{S\_IWOTH}  &  \textit{other-write}, tutti possono scrivere  \\
    \const{S\_IXOTH}  &  \textit{other-execute}, tutti possono eseguire\\
    \hline              
  \end{tabular}
  \caption{I bit dei permessi di accesso ai file, come definiti in 
    \texttt{<sys/stat.h>}}
  \label{tab:file_bit_perm}
\end{table}

I permessi vengono usati in maniera diversa dalle varie funzioni, e a seconda
che si riferiscano a dei file, dei link simbolici o delle directory; qui ci
limiteremo ad un riassunto delle regole generali, entrando nei dettagli più
avanti.

La prima regola è che per poter accedere ad un file attraverso il suo pathname
occorre il permesso di esecuzione in ciascuna delle directory che compongono
il pathname; lo stesso vale per aprire un file nella directory corrente (per
la quale appunto serve il diritto di esecuzione).

Per una directory infatti il permesso di esecuzione significa che essa può
essere attraversata nella risoluzione del pathname, ed è distinto dal permesso
di lettura che invece implica che si può leggere il contenuto della directory.

Questo significa che se si ha il permesso di esecuzione senza permesso di
lettura si potrà lo stesso aprire un file in una directory (se si hanno i
permessi opportuni per il medesimo) ma non si potrà vederlo con \cmd{ls}
(mentre per crearlo occorrerà anche il permesso di scrittura per la
directory).

Avere il permesso di lettura per un file consente di aprirlo con le opzioni
(si veda quanto riportato in \tabref{tab:file_open_flags}) di sola lettura o
di lettura/scrittura e leggerne il contenuto. Avere il permesso di scrittura
consente di aprire un file in sola scrittura o lettura/scrittura e modificarne
il contenuto, lo stesso permesso è necessario per poter troncare il file.

Non si può creare un file fintanto che non si disponga del permesso di
esecuzione e di quello di scrittura per la directory di destinazione; gli
stessi permessi occorrono per cancellare un file da una directory (si ricordi
che questo non implica necessariamente la rimozione del contenuto del file dal
disco), non è necessario nessun tipo di permesso per il file stesso (infatti
esso non viene toccato, viene solo modificato il contenuto della directory,
rimuovendo la voce che ad esso fa riferimento).

Per poter eseguire un file (che sia un programma compilato od uno script di
shell, od un altro tipo di file eseguibile riconosciuto dal kernel), occorre
avere il permesso di esecuzione, inoltre solo i file regolari possono essere
eseguiti.

I permessi per un link simbolico sono ignorati, contano quelli del file a cui
fa riferimento; per questo in genere il comando \cmd{ls} riporta per un link
simbolico tutti i permessi come concessi; utente e gruppo a cui esso
appartiene vengono pure ignorati quando il link viene risolto, vengono
controllati solo quando viene richiesta la rimozione del link e quest'ultimo è
in una directory con lo \textsl{sticky bit} impostato (si veda
\secref{sec:file_sticky}).

La procedura con cui il kernel stabilisce se un processo possiede un certo
permesso (di lettura, scrittura o esecuzione) si basa sul confronto fra
l'utente e il gruppo a cui il file appartiene (i valori di \var{st\_uid} e
\var{st\_gid} accennati in precedenza) e l'user-ID effettivo, il group-ID
effettivo e gli eventuali group-ID supplementari del processo.\footnote{in
  realtà Linux, per quanto riguarda l'accesso ai file, utilizza gli gli
  identificatori del gruppo \textit{filesystem} (si ricordi quanto esposto in
  \secref{sec:proc_perms}), ma essendo questi del tutto equivalenti ai primi,
  eccetto il caso in cui si voglia scrivere un server NFS, ignoreremo questa
  differenza.}

Per una spiegazione dettagliata degli identificatori associati ai processi si
veda \secref{sec:proc_perms}; normalmente, a parte quanto vedremo in
\secref{sec:file_suid_sgid}, l'user-ID effettivo e il group-ID effettivo
corrispondono ai valori dell'\acr{uid} e del \acr{gid} dell'utente che ha
lanciato il processo, mentre i group-ID supplementari sono quelli dei gruppi
cui l'utente appartiene.

I passi attraverso i quali viene stabilito se il processo possiede il diritto
di accesso sono i seguenti:
\begin{enumerate}
\item Se l'user-ID effettivo del processo è zero (corrispondente
  all'amministratore) l'accesso è sempre garantito senza nessun ulteriore
  controllo. Per questo motivo \textsl{root} ha piena libertà di accesso a
  tutti i file.
\item Se l'user-ID effettivo del processo è uguale all'\acr{uid} del
  proprietario del file (nel qual caso si dice che il processo è proprietario
  del file) allora:
  \begin{itemize*}
  \item se il relativo\footnote{per relativo si intende il bit di user-read se
      il processo vuole accedere in scrittura, quello di user-write per
      l'accesso in scrittura, etc.} bit dei permessi d'accesso dell'utente è
    impostato, l'accesso è consentito
  \item altrimenti l'accesso è negato
  \end{itemize*}
\item Se il group-ID effettivo del processo o uno dei group-ID supplementari
  dei processi corrispondono al \acr{gid} del file allora:
  \begin{itemize*}
  \item se il bit dei permessi d'accesso del gruppo è impostato, l'accesso è
    consentito, 
  \item altrimenti l'accesso è negato
  \end{itemize*}
\item se il bit dei permessi d'accesso per tutti gli altri è impostato,
  l'accesso è consentito, altrimenti l'accesso è negato.
\end{enumerate}

Si tenga presente che questi passi vengono eseguiti esattamente in
quest'ordine. Questo vuol dire che se un processo è il proprietario di un file,
l'accesso è consentito o negato solo sulla base dei permessi per l'utente; i
permessi per il gruppo non vengono neanche controllati. Lo stesso vale se il
processo appartiene ad un gruppo appropriato, in questo caso i permessi per
tutti gli altri non vengono controllati.


\subsection{I bit \acr{suid} e \acr{sgid}}
\label{sec:file_suid_sgid}

Come si è accennato (in \secref{sec:file_perm_overview}) nei dodici bit del
campo \var{st\_mode} di \struct{stat} che vengono usati per il controllo di
accesso oltre ai bit dei permessi veri e propri, ci sono altri tre bit che
vengono usati per indicare alcune proprietà speciali dei file.  Due di questi
sono i bit detti \acr{suid} (da \textit{set-user-ID bit}) e \acr{sgid} (da
\textit{set-group-ID bit}) che sono identificati dalle costanti
\const{S\_ISUID} e \const{S\_ISGID}.

Come spiegato in dettaglio in \secref{sec:proc_exec}, quando si lancia un
programma il comportamento normale del kernel è quello di impostare gli
identificatori del gruppo \textit{effective} del nuovo processo al valore dei
corrispondenti del gruppo \textit{real} del processo corrente, che normalmente
corrispondono a quelli dell'utente con cui si è entrati nel sistema.

Se però il file del programma (che ovviamente deve essere
eseguibile\footnote{per motivi di sicurezza il kernel ignora i bit \acr{suid}
  e \acr{sgid} per gli script eseguibili.}) ha il bit \acr{suid} impostato, il
kernel assegnerà come user-ID effettivo al nuovo processo l'\acr{uid} del
proprietario del file al posto dell'\acr{uid} del processo originario.  Avere
il bit \acr{sgid} impostato ha lo stesso effetto sul group-ID effettivo del
processo.

I bit \acr{suid} e \acr{sgid} vengono usati per permettere agli utenti normali
di usare programmi che richiedono privilegi speciali; l'esempio classico è il
comando \cmd{passwd} che ha la necessità di modificare il file delle password,
quest'ultimo ovviamente può essere scritto solo dall'amministratore, ma non è
necessario chiamare l'amministratore per cambiare la propria password. Infatti
il comando \cmd{passwd} appartiene a root ma ha il bit \acr{suid} impostato
per cui quando viene lanciato da un utente normale parte con i privilegi di
root.

Chiaramente avere un processo che ha privilegi superiori a quelli che avrebbe
normalmente l'utente che lo ha lanciato comporta vari rischi, e questo tipo di
programmi devono essere scritti accuratamente per evitare che possano essere
usati per guadagnare privilegi non consentiti (l'argomento è affrontato in
dettaglio in \secref{sec:proc_perms}).

La presenza dei bit \acr{suid} e \acr{sgid} su un file può essere rilevata con
il comando \cmd{ls -l}, che visualizza una lettera \cmd{s} al posto della
\cmd{x} in corrispondenza dei permessi di utente o gruppo. La stessa lettera
\cmd{s} può essere usata nel comando \cmd{chmod} per impostare questi bit.
Infine questi bit possono essere controllati all'interno di \var{st\_mode} con
l'uso delle due costanti \const{S\_ISUID} e \const{S\_IGID}, i cui valori sono
riportati in \tabref{tab:file_mode_flags}.

Gli stessi bit vengono ad assumere in significato completamente diverso per le
directory, normalmente infatti Linux usa la convenzione di SVr4 per indicare
con questi bit l'uso della semantica BSD nella creazione di nuovi file (si
veda \secref{sec:file_ownership} per una spiegazione dettagliata al
proposito).

Infine Linux utilizza il bit \acr{sgid} per una ulteriore estensione mutuata
da SVr4. Il caso in cui un file ha il bit \acr{sgid} impostato senza che lo
sia anche il corrispondente bit di esecuzione viene utilizzato per attivare
per quel file il \textit{mandatory locking} (affronteremo questo argomento in
dettaglio più avanti, in \secref{sec:file_mand_locking}).


\subsection{Il bit \textsl{sticky}}
\label{sec:file_sticky}

L'ultimo dei bit rimanenti, identificato dalla costante \const{S\_ISVTX}, è in
parte un rimasuglio delle origini dei sistemi Unix. A quell'epoca infatti la
memoria virtuale e l'accesso ai files erano molto meno sofisticati e per
ottenere la massima velocità possibile per i programmi usati più comunemente
si poteva impostare questo bit.

L'effetto di questo bit era che il segmento di testo del programma (si veda
\secref{sec:proc_mem_layout} per i dettagli) veniva scritto nella swap la
prima volta che questo veniva lanciato, e vi permaneva fino al riavvio della
macchina (da questo il nome di \textsl{sticky bit}); essendo la swap un file
continuo indicizzato direttamente in questo modo si poteva risparmiare in
tempo di caricamento rispetto alla ricerca del file su disco. Lo
\textsl{sticky bit} è indicato usando la lettera \cmd{t} al posto della
\cmd{x} nei permessi per gli altri.

Ovviamente per evitare che gli utenti potessero intasare la swap solo
l'amministratore era in grado di impostare questo bit, che venne chiamato
anche con il nome di \textit{saved text bit}, da cui deriva quello della
costante.  Le attuali implementazioni di memoria virtuale e filesystem rendono
sostanzialmente inutile questo procedimento.

Benché ormai non venga più utilizzato per i file, lo \textsl{sticky bit} ha
invece assunto un uso importante per le directory;\footnote{lo \textsl{sticky
    bit} per le directory è un'estensione non definita nello standard POSIX,
  Linux però la supporta, così come BSD e SVr4.} in questo caso se tale bit è
impostato un file potrà essere rimosso dalla directory soltanto se l'utente ha
il permesso di scrittura su di essa ed inoltre è vera una delle seguenti
condizioni:
\begin{itemize*}
\item l'utente è proprietario del file
\item l'utente è proprietario della directory
\item l'utente è l'amministratore 
\end{itemize*}
un classico esempio di directory che ha questo bit impostato è \file{/tmp}, i
permessi infatti di solito sono i seguenti:
\begin{verbatim}
$ ls -ld /tmp
drwxrwxrwt    6 root     root         1024 Aug 10 01:03 /tmp
\end{verbatim}%$
quindi con lo \textsl{sticky bit} bit impostato. In questo modo qualunque
utente nel sistema può creare dei file in questa directory (che, come
suggerisce il nome, è normalmente utilizzata per la creazione di file
temporanei), ma solo l'utente che ha creato un certo file potrà cancellarlo o
rinominarlo. In questo modo si evita che un utente possa, più o meno
consapevolmente, cancellare i file temporanei creati degli altri utenti.


\subsection{La titolarità di nuovi file e directory}
\label{sec:file_ownership}

Vedremo in \secref{sec:file_base_func} con quali funzioni si possono creare
nuovi file, in tale occasione vedremo che è possibile specificare in sede di
creazione quali permessi applicare ad un file, però non si può indicare a
quale utente e gruppo esso deve appartenere.  Lo stesso problema si presenta
per la creazione di nuove directory (procedimento descritto in
\secref{sec:file_dir_creat_rem}).

Lo standard POSIX prescrive che l'\acr{uid} del nuovo file corrisponda
all'user-ID effettivo del processo che lo crea; per il \acr{gid} invece prevede
due diverse possibilità:
\begin{itemize*}
\item il \acr{gid} del file corrisponde al group-ID effettivo del processo.
\item il \acr{gid} del file corrisponde al \acr{gid} della directory in cui
  esso è creato.
\end{itemize*}
in genere BSD usa sempre la seconda possibilità, che viene per questo chiamata
semantica BSD. Linux invece segue quella che viene chiamata semantica SVr4; di
norma cioè il nuovo file viene creato, seguendo la prima opzione, con il
\acr{gid} del processo, se però la directory in cui viene creato il file ha il
bit \acr{sgid} impostato allora viene usata la seconda opzione.

Usare la semantica BSD ha il vantaggio che il \acr{gid} viene sempre
automaticamente propagato, restando coerente a quello della directory di
partenza, in tutte le sotto-directory. 

La semantica SVr4 offre la possibilità di scegliere, ma per ottenere lo stesso
risultato di coerenza che si ha con BSD necessita che per le nuove directory
venga anche propagato anche il bit \acr{sgid}. Questo è il comportamento
predefinito del comando \cmd{mkdir}, ed è in questo modo ad esempio che Debian
assicura che le sotto-directory create nella home di un utente restino sempre
con il \acr{gid} del gruppo primario dello stesso.


\subsection{La funzione \func{access}}
\label{sec:file_access}

Come visto in \secref{sec:file_access_control} il controllo di accesso ad un
file viene fatto utilizzando l'user-ID ed il group-ID effettivo del processo; ci
sono casi però in cui si può voler effettuare il controllo con l'user-ID reale
ed il group-ID reale, vale a dire usando i valori di \acr{uid} e \acr{gid}
relativi all'utente che ha lanciato il programma, e che, come accennato in
\secref{sec:file_suid_sgid} e spiegato in dettaglio in
\secref{sec:proc_perms}, non è detto siano uguali a quelli effettivi.  

Per far questo si può usare la funzione \funcd{access}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}
{int access(const char *pathname, int mode)}

Verifica i permessi di accesso.
  
\bodydesc{La funzione ritorna 0 se l'accesso è consentito, -1 se l'accesso non
  è consentito ed in caso di errore; nel qual caso la variabile \var{errno}
  assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{mode} non è valido.
  \item[\errcode{EACCES}] l'accesso al file non è consentito, o non si ha il
    permesso di attraversare una delle directory di \param{pathname}.
  \item[\errcode{EROFS}] si è richiesto l'accesso in scrittura per un file su
    un filesystem montato in sola lettura.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{ENOTDIR}, \errval{ELOOP}, \errval{EIO}.}
\end{prototype}

La funzione verifica i permessi di accesso, indicati da \param{mode}, per il
file indicato da \param{pathname}. I valori possibili per l'argomento
\param{mode} sono esprimibili come combinazione delle costanti numeriche
riportate in \tabref{tab:file_access_mode_val} (attraverso un OR binario delle
stesse). I primi tre valori implicano anche la verifica dell'esistenza del
file, se si vuole verificare solo quest'ultima si può usare \const{F\_OK}, o
anche direttamente \func{stat}. Nel caso in cui \param{pathname} si riferisca
ad un link simbolico, questo viene seguito ed il controllo è fatto sul file a
cui esso fa riferimento.

La funzione controlla solo i bit dei permessi di accesso, si ricordi che il
fatto che una directory abbia permesso di scrittura non significa che ci si
possa scrivere come in un file, e il fatto che un file abbia permesso di
esecuzione non comporta che contenga un programma eseguibile. La funzione
ritorna zero solo se tutte i permessi controllati sono disponibili, in caso
contrario (o di errore) ritorna -1.
\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}{|c|l|}
    \hline
    \textbf{\param{mode}} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \const{R\_OK} & verifica il permesso di lettura \\
    \const{W\_OK} & verifica il permesso di scritture \\
    \const{X\_OK} & verifica il permesso di esecuzione \\
    \const{F\_OK} & verifica l'esistenza del file \\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori possibile per l'argomento \param{mode} della funzione 
    \func{access}.}
  \label{tab:file_access_mode_val}
\end{table}

Un esempio tipico per l'uso di questa funzione è quello di un processo che sta
eseguendo un programma coi privilegi di un altro utente (ad esempio attraverso
l'uso del \acr{suid} bit) che vuole controllare se l'utente originale ha i
permessi per accedere ad un certo file.


\subsection{Le funzioni \func{chmod} e \func{fchmod}}
\label{sec:file_chmod}

Per cambiare i permessi di un file il sistema mette ad disposizione due
funzioni \funcd{chmod} e \funcd{fchmod}, che operano rispettivamente su un
filename e su un file descriptor, i loro prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} 
  \headdecl{sys/stat.h} 
  
  \funcdecl{int chmod(const char *path, mode\_t mode)} Cambia i permessi del
  file indicato da \param{path} al valore indicato da \param{mode}.
  
  \funcdecl{int fchmod(int fd, mode\_t mode)} Analoga alla precedente, ma usa
  il file descriptor \param{fd} per indicare il file.
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per
    un errore, in caso di errore \var{errno} può assumere i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] L'user-ID effettivo non corrisponde a quello del
    proprietario del file o non è zero.
    \item[\errcode{EROFS}] Il file è su un filesystem in sola lettura.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EIO}; \func{chmod} restituisce anche \errval{EFAULT},
  \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOTDIR},
  \errval{EACCES}, \errval{ELOOP}; \func{fchmod} anche \errval{EBADF}.}
\end{functions}

Entrambe le funzioni utilizzano come secondo argomento \param{mode}, una
variabile dell'apposito tipo primitivo \type{mode\_t} (vedi
\tabref{tab:intro_primitive_types}) utilizzato per specificare i permessi sui
file.

\begin{table}[!htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|c|l|}
    \hline
    \textbf{\param{mode}} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \const{S\_ISUID} & 04000 & set user ID \\
    \const{S\_ISGID} & 02000 & set group ID \\
    \const{S\_ISVTX} & 01000 & sticky bit \\
    \hline
    \const{S\_IRWXU} & 00700 & l'utente ha tutti i permessi \\
    \const{S\_IRUSR} & 00400 & l'utente ha il permesso di lettura  \\
    \const{S\_IWUSR} & 00200 & l'utente ha il permesso di scrittura \\
    \const{S\_IXUSR} & 00100 & l'utente ha il permesso di esecuzione \\
    \hline
    \const{S\_IRWXG} & 00070 & il gruppo ha tutti i permessi  \\
    \const{S\_IRGRP} & 00040 & il gruppo ha il permesso di lettura  \\
    \const{S\_IWGRP} & 00020 & il gruppo ha il permesso di scrittura \\
    \const{S\_IXGRP} & 00010 & il gruppo ha il permesso di esecuzione \\
    \hline
    \const{S\_IRWXO} & 00007 & gli altri hanno tutti i permessi \\
    \const{S\_IROTH} & 00004 & gli altri hanno il permesso di lettura  \\
    \const{S\_IWOTH} & 00002 & gli altri hanno il permesso di scrittura \\
    \const{S\_IXOTH} & 00001 & gli altri hanno il permesso di esecuzione \\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori delle costanti usate per indicare i vari bit di
    \param{mode} utilizzato per impostare i permessi dei file.}
  \label{tab:file_permission_const}
\end{table}

Le costanti con cui specificare i singoli bit di \param{mode} sono riportate
in \tabref{tab:file_permission_const}. Il valore di \param{mode} può essere
ottenuto combinando fra loro con un OR binario le costanti simboliche relative
ai vari bit, o specificato direttamente, come per l'omonimo comando di shell,
con un valore numerico (la shell lo vuole in ottale, dato che i bit dei
permessi sono divisibili in gruppi di tre), che si può calcolare direttamente
usando lo schema si utilizzo dei bit illustrato in \figref{fig:file_perm_bit}.

Ad esempio i permessi standard assegnati ai nuovi file (lettura e scrittura
per il proprietario, sola lettura per il gruppo e gli altri) sono
corrispondenti al valore ottale $0644$, un programma invece avrebbe anche il
bit di esecuzione attivo, con un valore di $0755$, se si volesse attivare il
bit \acr{suid} il valore da fornire sarebbe $4755$.

Il cambiamento dei permessi di un file eseguito attraverso queste funzioni ha
comunque alcune limitazioni, previste per motivi di sicurezza. L'uso delle
funzioni infatti è possibile solo se l'user-ID effettivo del processo
corrisponde a quello del proprietario del file o dell'amministratore,
altrimenti esse falliranno con un errore di \errcode{EPERM}.

Ma oltre a questa regola generale, di immediata comprensione, esistono delle
limitazioni ulteriori. Per questo motivo, anche se si è proprietari del file,
non tutti i valori possibili di \param{mode} sono permessi o hanno effetto;
in particolare accade che:
\begin{enumerate}
\item siccome solo l'amministratore può impostare lo \textit{sticky bit}, se
  l'user-ID effettivo del processo non è zero esso viene automaticamente
  cancellato (senza notifica di errore) qualora sia stato indicato in
  \param{mode}.
\item per quanto detto in \secref{sec:file_ownership} riguardo la creazione
  dei nuovi file, si può avere il caso in cui il file creato da un processo è
  assegnato a un gruppo per il quale il processo non ha privilegi. Per evitare
  che si possa assegnare il bit \acr{sgid} ad un file appartenente a un gruppo
  per cui non si hanno diritti, questo viene automaticamente cancellato da
  \param{mode} (senza notifica di errore) qualora il gruppo del file non
  corrisponda a quelli associati al processo (la cosa non avviene quando
  l'user-ID effettivo del processo è zero).
\end{enumerate}

Per alcuni filesystem\footnote{il filesystem \acr{ext2} supporta questa
  caratteristica, che è mutuata da BSD.} è inoltre prevista una ulteriore
misura di sicurezza, volta a scongiurare l'abuso dei bit \acr{suid} e
\acr{sgid}; essa consiste nel cancellare automaticamente questi bit dai
permessi di un file qualora un processo che non appartenga all'amministratore
effettui una scrittura. In questo modo anche se un utente malizioso scopre un
file \acr{suid} su cui può scrivere, un'eventuale modifica comporterà la
perdita di questo privilegio.

\subsection{La funzione \func{umask}}
\label{sec:file_umask}

Le funzioni \func{chmod} e \func{fchmod} ci permettono di modificare i
permessi di un file, resta però il problema di quali sono i permessi assegnati
quando il file viene creato. Le funzioni dell'interfaccia nativa di Unix, come
vedremo in \secref{sec:file_open}, permettono di indicare esplicitamente i
permessi di creazione di un file, ma questo non è possibile per le funzioni
dell'interfaccia standard ANSI C che non prevede l'esistenza di utenti e
gruppi, ed inoltre il problema si pone anche per l'interfaccia nativa quando i
permessi non vengono indicati esplicitamente. 

In tutti questi casi l'unico riferimento possibile è quello della modalità di
apertura del nuovo file (lettura/scrittura o sola lettura), che però può
fornire un valore che è lo stesso per tutti e tre i permessi di
\secref{sec:file_perm_overview} (cioè $666$ nel primo caso e $222$ nel
secondo). Per questo motivo il sistema associa ad ogni processo\footnote{è
  infatti contenuta nel campo \var{umask} della struttura \struct{fs\_struct},
  vedi \figref{fig:proc_task_struct}.}  una maschera di bit, la cosiddetta
\textit{umask}, che viene utilizzata per impedire che alcuni permessi possano
essere assegnati ai nuovi file in sede di creazione. I bit indicati nella
maschera vengono infatti cancellati dai permessi quando un nuovo file viene
creato.

La funzione che permette di impostare il valore di questa maschera di
controllo è \funcd{umask}, ed il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stat.h}
{mode\_t umask(mode\_t mask)}

Imposta la maschera dei permessi dei bit al valore specificato da \param{mask}
(di cui vengono presi solo i 9 bit meno significativi).
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il precedente valore della maschera. È una
    delle poche funzioni che non restituisce codici di errore.}
\end{prototype}

In genere si usa questa maschera per impostare un valore predefinito che
escluda preventivamente alcuni permessi (usualmente quello di scrittura per il
gruppo e gli altri, corrispondente ad un valore per \param{mask} pari a
$022$).  In questo modo è possibile cancellare automaticamente i permessi non
voluti.  Di norma questo valore viene impostato una volta per tutte al login a
$022$, e gli utenti non hanno motivi per modificarlo.


\subsection{Le funzioni \func{chown}, \func{fchown} e \func{lchown}}
\label{sec:file_chown}

Come per i permessi, il sistema fornisce anche delle funzioni che permettano
di cambiare utente e gruppo cui il file appartiene; le funzioni in questione
sono tre: \funcd{chown}, \funcd{fchown} e \funcd{lchown}, ed i loro prototipi
sono:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h} 
  \headdecl{sys/stat.h} 
  
  \funcdecl{int chown(const char *path, uid\_t owner, gid\_t group)}
  \funcdecl{int fchown(int fd, uid\_t owner, gid\_t group)}
  \funcdecl{int lchown(const char *path, uid\_t owner, gid\_t group)}

  Le funzioni cambiano utente e gruppo di appartenenza di un file ai valori
  specificati dalle variabili \param{owner} e \param{group}. 
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per
    un errore, in caso di errore \var{errno} può assumere i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] L'user-ID effettivo non corrisponde a quello del
    proprietario del file o non è zero, o utente e gruppo non sono validi
  \end{errlist}
  Oltre a questi entrambe restituiscono gli errori \errval{EROFS} e
  \errval{EIO}; \func{chown} restituisce anche \errval{EFAULT},
  \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOTDIR},
  \errval{EACCES}, \errval{ELOOP}; \func{fchown} anche \errval{EBADF}.}
\end{functions}

In Linux soltanto l'amministratore può cambiare il proprietario di un file,
seguendo la semantica di BSD che non consente agli utenti di assegnare i loro
file ad altri (per evitare eventuali aggiramenti delle quote).
L'amministratore può cambiare il gruppo di un file, il proprietario può
cambiare il gruppo dei file che gli appartengono solo se il nuovo gruppo è il
suo gruppo primario o uno dei gruppi a cui appartiene.

La funzione \func{chown} segue i link simbolici, per operare direttamente su
un link simbolico si deve usare la funzione \func{lchown}.\footnote{fino alla
  versione 2.1.81 in Linux \func{chown} non seguiva i link simbolici, da
  allora questo comportamento è stato assegnato alla funzione \func{lchown},
  introdotta per l'occasione, ed è stata creata una nuova system call per
  \func{chown} che seguisse i link simbolici.} La funzione \func{fchown} opera
su un file aperto, essa è mutuata da BSD, ma non è nello standard POSIX.
Un'altra estensione rispetto allo standard POSIX è che specificando -1 come
valore per \param{owner} e \param{group} i valori restano immutati.

Quando queste funzioni sono chiamate con successo da un processo senza i
privilegi di root entrambi i bit \acr{suid} e \acr{sgid} vengono
cancellati. Questo non avviene per il bit \acr{sgid} nel caso in cui esso
sia usato (in assenza del corrispondente permesso di esecuzione) per indicare
che per il file è attivo il \textit{mandatory locking}.

%La struttura fondamentale che contiene i dati essenziali relativi ai file è il
%cosiddetto \textit{inode}; questo conterrà informazioni come il
%tipo di file (file di dispositivo, directory, file di dati, per un elenco
%completo vedi \ntab), i permessi (vedi \secref{sec:file_perms}), le date (vedi
%\secref{sec:file_times}).


\subsection{Un quadro d'insieme sui permessi}
\label{sec:file_riepilogo}

Avendo affrontato in maniera separata il comportamento delle varie funzioni ed
il significato dei singoli bit dei permessi sui file, vale la pena fare un
riepilogo in cui si riassumono le caratteristiche di ciascuno di essi, in modo
da poter fornire un quadro d'insieme.

In \tabref{tab:file_fileperm_bits} si sono riassunti gli effetti dei vari bit
per un file; per quanto riguarda l'applicazione dei permessi per proprietario,
gruppo ed altri si ricordi quanto illustrato in
\secref{sec:file_perm_overview}. Si rammenti che il valore dei permessi non ha
alcun effetto qualora il processo possieda i privilegi di amministratore.

\begin{table}[!htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|l|}
    \hline
    \multicolumn{3}{|c|}{}&
    \multicolumn{3}{|c|}{user}&
    \multicolumn{3}{|c|}{group}&
    \multicolumn{3}{|c|}{other}&
    \multirow{2}{*}{\textbf{Operazioni possibili}} \\
    \cline{1-12}
    \acr{s}&\acr{s}&\acr{t}&r&w&x&r&w&x&r&w&x& \\
    \hline
    \hline
    1&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&Se eseguito ha i permessi del proprietario\\
    -&1&-&-&-&1&-&-&-&-&-&-&Se eseguito ha i permessi del gruppo proprietario\\
    -&1&-&-&-&0&-&-&-&-&-&-&Il \textit{mandatory locking} è abilitato\\
    -&-&1&-&-&-&-&-&-&-&-&-&Non utilizzato\\
    -&-&-&1&-&-&-&-&-&-&-&-&Permesso di lettura per il proprietario\\
    -&-&-&-&1&-&-&-&-&-&-&-&Permesso di lettura per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&1&-&-&-&-&-&-&Permesso di lettura per tutti gli altri\\
    -&-&-&-&-&-&1&-&-&-&-&-&Permesso di scrittura per il proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&1&-&-&-&-&Permesso di scrittura per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&1&-&-&-&Permesso di scrittura per tutti gli altri \\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&1&-&-&Permesso di esecuzione per il proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&-&1&-&Permesso di esecuzione per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&1&Permesso di esecuzione per tutti gli altri\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Tabella riassuntiva del significato dei bit dei permessi per un
    file.} 
  \label{tab:file_fileperm_bits}
\end{table}

Per compattezza, nella tabella si sono specificati i bit di \acr{suid},
\acr{sgid} e \acr{sticky} con la notazione illustrata anche in
\figref{fig:file_perm_bit}. 

In \tabref{tab:file_dirperm_bits} si sono invece riassunti gli effetti dei
vari bit dei permessi per una directory; anche in questo caso si sono
specificati i bit di \acr{suid}, \acr{sgid} e \acr{sticky} con la notazione
compatta illustrata in \figref{fig:file_perm_bit}.

\begin{table}[!htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|l|}
    \hline
    \multicolumn{3}{|c|}{}&
    \multicolumn{3}{|c|}{user}&
    \multicolumn{3}{|c|}{group}&
    \multicolumn{3}{|c|}{other}&
    \multirow{2}{*}{\textbf{Operazioni possibili}} \\
    \cline{1-12}
    \acr{s}&\acr{s}&\acr{t}&r&w&x&r&w&x&r&w&x& \\
    \hline
    \hline
    1&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&Non utilizzato\\
    -&1&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&Propaga il gruppo proprietario ai nuovi file creati\\
    -&-&1&-&-&-&-&-&-&-&-&-&Limita l'accesso in scrittura dei file nella directory\\
    -&-&-&1&-&-&-&-&-&-&-&-&Permesso di visualizzazione per il proprietario\\
    -&-&-&-&1&-&-&-&-&-&-&-&Permesso di visualizzazione per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&1&-&-&-&-&-&-&Permesso di visualizzazione per tutti gli altri\\
    -&-&-&-&-&-&1&-&-&-&-&-&Permesso di aggiornamento per il proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&1&-&-&-&-&Permesso di aggiornamento per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&1&-&-&-&Permesso di aggiornamento per tutti gli altri \\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&1&-&-&Permesso di attraversamento per il proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&-&1&-&Permesso di attraversamento per il gruppo proprietario\\
    -&-&-&-&-&-&-&-&-&-&-&1&Permesso di attraversamento per tutti gli altri\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Tabella riassuntiva del significato dei bit dei permessi per una
    directory.} 
  \label{tab:file_dirperm_bits}
\end{table}

Nelle tabelle si è indicato con $-$ il fatto che il valore degli altri bit non
è influente rispetto a quanto indicato in ciascuna riga; l'operazione fa
riferimento soltanto alla combinazione di bit per i quali il valore è
riportato esplicitamente.


\subsection{La funzione \func{chroot}}
\label{sec:file_chroot}

Benché non abbia niente a che fare con permessi, utenti e gruppi, la funzione
\func{chroot} viene usata spesso per restringere le capacità di accesso di un
programma ad una sezione limitata del filesystem, per cui ne parleremo in
questa sezione.

Come accennato in \secref{sec:proc_fork} ogni processo oltre ad una directory
di lavoro, ha anche una directory \textsl{radice}\footnote{entrambe sono
  contenute in due campi (rispettivamente \var{pwd} e \var{root}) di
  \struct{fs\_struct}; vedi \figref{fig:proc_task_struct}.} che, pur essendo
di norma corrispondente alla radice dell'albero di file e directory come visto
dal kernel (ed illustrato in \secref{sec:file_organization}), ha per il
processo il significato specifico di directory rispetto alla quale vengono
risolti i pathname assoluti.\footnote{cioè quando un processo chiede la
  risoluzione di un pathname, il kernel usa sempre questa directory come punto
  di partenza.} Il fatto che questo valore sia specificato per ogni processo
apre allora la possibilità di modificare le modalità di risoluzione dei
pathname assoluti da parte di un processo cambiando questa directory, così
come si fa coi pathname relativi cambiando la directory di lavoro.

Normalmente la directory radice di un processo coincide anche con la radice
del filesystem usata dal kernel, e dato che il suo valore viene ereditato dal
padre da ogni processo figlio, in generale i processi risolvono i pathname
assoluti a partire sempre dalla stessa directory, che corrisponde alla
\file{/} del sistema.

In certe situazioni però, per motivi di sicurezza, è utile poter impedire che
un processo possa accedere a tutto il filesystem; per far questo si può
cambiare la sua directory radice con la funzione \funcd{chroot}, il cui
prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int chroot(const char *path)}
  Cambia la directory radice del processo a quella specificata da
  \param{path}.
  
\bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per
    un errore, in caso di errore \var{errno} può assumere i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EPERM}] L'user-ID effettivo del processo non è zero.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
  \errval{ENOMEM}, \errval{ENOTDIR}, \errval{EACCES}, \errval{ELOOP};
  \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
\end{prototype}
\noindent in questo modo la directory radice del processo diventerà
\param{path} (che ovviamente deve esistere) ed ogni pathname assoluto usato
dalle funzioni chiamate nel processo sarà risolto a partire da essa, rendendo
impossibile accedere alla parte di albero sovrastante.  Si ha così quella che
viene chiamata una \textit{chroot jail}, in quanto il processo non può più
accedere a file al di fuori della sezione di albero in cui è stato
\textsl{imprigionato}.

Solo un processo con i privilegi di amministratore può usare questa funzione,
e la nuova radice, per quanto detto in \secref{sec:proc_fork}, sarà ereditata
da tutti i suoi processi figli. Si tenga presente però che la funzione non
cambia la directory di lavoro, che potrebbe restare fuori dalla \textit{chroot
  jail}.

Questo è il motivo per cui la funzione è efficace solo se dopo averla eseguita
si cedono i privilegi di root. Infatti se per un qualche motivo il processo
resta con la directory di lavoro fuori dalla \textit{chroot jail}, potrà
comunque accedere a tutto il resto del filesystem usando pathname relativi, i
quali, partendo dalla directory di lavoro che è fuori della \textit{chroot
  jail}, potranno (con l'uso di \texttt{..}) risalire fino alla radice
effettiva del filesystem.

Ma se ad un processo restano i privilegi di amministratore esso potrà comunque
portare la sua directory di lavoro fuori dalla \textit{chroot jail} in cui si
trova. Basta infatti creare una nuova \textit{chroot jail} con l'uso di
\func{chroot} su una qualunque directory contenuta nell'attuale directory di
lavoro.  Per questo motivo l'uso di questa funzione non ha molto senso quando
un processo necessita dei privilegi di root per le sue normali operazioni.

Un caso tipico di uso di \func{chroot} è quello di un server FTP anonimo, in
questo caso infatti si vuole che il server veda solo i file che deve
trasferire, per cui in genere si esegue una \func{chroot} sulla directory che
contiene i file.  Si tenga presente però che in questo caso occorrerà
replicare all'interno della \textit{chroot jail} tutti i file (in genere
programmi e librerie) di cui il server potrebbe avere bisogno.

%%% Local Variables: 
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
%%% End: