[gapil.git] / filedir.tex

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

In questo capitolo tratteremo in dettaglio le modalità con cui si gestiscono
file e directory, ed in particolare esamineremo come è strutturato il sistema
base di protezioni e controllo di accesso ai file, e tutta l'interfaccia che
permette la manipolazione dei vari attributi di file e directory. Tutto quello
che riguarda invece la manipolazione del contenuto dei file è lasciato ai
capitoli successivi.



\section{Il controllo di accesso ai file}
\label{sec:filedir_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. 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:filedir_perm_overview}

Il controllo di accesso ai file in unix segue un modello abbastanza semplice,
ma adatto alla gran parte delle esigenze, in cui si dividono i permessi su tre
livelli. Si tenga conto poi che quanto diremo è vero solo per filesystem di
tipo unix, e non è detto che sia applicabile a un filesystem
qualunque\footnote{ed infatti non è vero per il filesystem vfat di Windows,
  per il quale i permessi vengono assegnati in maniera fissa con un opzione in
  fase di montaggio}.  Esistono inoltre estensioni che permettono di
implementare le ACL (\textit{Access Control List}) che sono un meccanismo di
controllo di accesso molto più sofisticato.

Ad ogni file unix associa sempre l'utente che ne è proprietario (il cosiddetto
\textit{owner}) e il gruppo di appartenenza, secondo il meccanismo degli
identificatori di utenti e gruppi (\textsl{uid} e \textsl{gid}). Questi valori
sono accessibili da programma tramite i campi \var{st\_uid} e \var{st\_gid}
della struttura \var{stat} (si veda \secref{sec:filedir_stat}). Ad ogni file
viene inoltre associato un insieme di permessi che sono divisi in tre classi,
e cioè attribuiti rispettivamente all'utente proprietario del file, a un
qualunque utente faccia parte del gruppo cui appartiene il file, e a tutti gli
altri utenti.

I permessi, così come vengono presi dai comandi e dalle routine di sistema,
sono espressi da un numero di 12 bit; di questi i nove meno significativi sono
usati a gruppi di tre per indicare i permessi base di lettura, scrittura ed
esecuzione (indicati nei comandi di sistema con le lettere \cmd{w}, \cmd{r} e
\cmd{x}) ed applicabili rispettivamente al proprietario, al gruppo, a tutti
gli altri.  I restanti tre bit (\textsl{suid}, \textsl{sgid}, e
\textsl{sticky}) sono usati per indicare alcune caratteristiche più complesse
su cui torneremo in seguito (vedi \secref{sec:filedir_suid_sgid} e
\secref{sec:filedir_sticky}).

Anche i permessi, come tutte le altre informazioni generali, sono tenuti per
ciascun file nell'inode; in particolare essi sono contenuti in alcuni bit
del campo \var{st\_mode} della struttura letta da \func{stat} (di nuovo si veda
\secref{sec:filedir_stat} per i dettagli).

In genere ci si riferisce a questo raggruppamento dei permessi 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 \ntab.

\begin{table}[htb]
  \centering
    \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|c|l|}
    \hline
    \var{st\_mode} bit & Significato \\
    \hline 
    \hline 
    \macro{S\_IRUSR}  &  \textit{user-read}, l'utente può leggere     \\
    \macro{S\_IWUSR}  &  \textit{user-write}, l'utente può scrivere   \\
    \macro{S\_IXUSR}  &  \textit{user-execute}, l'utente può eseguire \\ 
    \hline              
    \macro{S\_IRGRP}  &  \textit{group-read}, il gruppo può leggere    \\
    \macro{S\_IWGRP}  &  \textit{group-write}, il gruppo può scrivere  \\
    \macro{S\_IXGRP}  &  \textit{group-execute}, il gruppo può eseguire\\
    \hline              
    \macro{S\_IROTH}  &  \textit{other-read}, tutti possono leggere    \\
    \macro{S\_IWOTH}  &  \textit{other-write}, tutti possono scrivere  \\
    \macro{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}

Questi permessi vengono usati in maniera diversa dalle varie funzioni, e a
seconda che si riferiscano a file, link simbolici o 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, e 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 ha il significato
specifico 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} (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 di
sola lettura (\macro{O\_RDONLY}) o di lettura-scrittura (\macro{O\_RDWR}) e
leggerne il contenuto. Avere il permesso di scrittura consente di aprire un
file in sola scrittura (\macro{O\_WRONLY}) o lettura-scrittura
(\macro{O\_RDWR}) e modificarne il contenuto, lo stesso permesso è necessario
per poter troncare il file con l'opzione \macro{O\_TRUNC}.

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 fisica del file), 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 rifermento).

Per poter eseguire un file (che sia un programma compilato od uno script di
shell), occorre il permesso di esecuzione per il medesimo, 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 \cmd{ls} per un link simbolico riporta
tutti i permessi come concessi; utente e gruppo a cui esso appartiene vengono
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} settato (si veda \secref{sec:filedir_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'\textit{effective user id},
l'\textit{effective group id} e gli eventuali \textit{supplementary group id}
del processo.

Per una spiegazione dettagliata degli identificatori associati ai processi si
veda \secref{sec:prochand_perms}; normalmente, a parte quanto vedremo in
\secref{sec:filedir_suid_sgid}, l'\textit{effective user id} e
l'\textit{effective group id} corrispondono a uid e gid dell'utente che ha
lanciato il processo, mentre i \textit{supplementary group id} sono quelli dei
gruppi cui l'utente appartiene.

% Quando un processo cerca l'accesso al file esso controlla i propri uid e gid
% confrontandoli con quelli del file e se l'operazione richiesta è compatibile
% con i permessi associati al file essa viene eseguita, altrimenti viene
% bloccata ed è restituito un errore di \texttt{EPERM}. Questo procedimento non
% viene eseguito per l'amministratore di sistema (il cui uid è zero) il quale
% a
% pertanto accesso senza restrizione a qualunque file del sistema.

% In realtà il procedimento è più complesso di quanto descritto in maniera
% elementare qui; inoltre ad un processo sono associati diversi identificatori,
% torneremo su questo in maggiori dettagli in seguito in
% \secref{sec:proc_perms}.

I passi attraverso i quali viene stabilito se il processo possiede il diritto
di accesso sono i seguenti:
\begin{itemize}
\item Se l'\textit{effective user id} 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'\textit{effective user id} del processo è uguale all'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
    settato, l'accesso è consentito
  \item altrimenti l'accesso è negato
  \end{itemize}
\item Se l'\textit{effective group id} del processo o uno dei
  \textit{supplementary group id} dei processi corrispondono al gid del file
  allora:
  \begin{itemize}
  \item se il bit dei permessi d'accesso del gruppo è settato, 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 settato,
  l'accesso è consentito,  altrimenti l'accesso è negato.
\end{itemize}

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 \textsl{suid} e \textsl{sgid}}
\label{sec:filedir_suid_sgid}

Come si è accennato (in \secref{sec:filedir_perm_overview}) nei dodici bit del
campo \var{st\_mode} 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
\textsl{suid} (o \textit{set-user-ID bit}) e \textsl{sgid} (o
\textit{set-group-ID bit}) che sono identificati dalle constanti
\macro{S\_ISUID} e \macro{S\_ISGID}.

Come spiegato in dettaglio in \secref{sec:prochand_exec}, quando si lancia un
programma il comportamendo normale del kernel è quello di settare
l'\textit{effective user id} e l'\textit{effective group id} del nuovo
processo all'uid e al gid del processo corrente, che normalmente corrispondono
dell'utente con cui si è entrati nel sistema.

Se però il file del programma (che ovviamente deve essere eseguibile) ha il
bit \textsl{suid} settato, il kernel assegnerà come \textit{effective user id}
al nuovo processo l'uid del proprietario del file al posto dell'uid del
processo originario.  Avere il bit \textsl{sgid} settato ha lo stesso effetto
sull'\textit{effective group id} del processo.

I bit \textsl{suid} e \textsl{sgid} vengono usati per permettere agli utenti
normali di usare programmi che abbisognano di 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 suid bit settato 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 (torneremo sull'argomento in
\secref{sec:prochand_perms}) per evitare che possano essere usati per
guadagnare privilegi non consentiti.

La presenza dei bit \textsl{suid} e \textsl{sgid} su un file può essere
rilevata con il comando \cmd{ls -l}, in tal caso comparirà la 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 settare
questi bit. Infine questi bit possono essere controllati all'interno di
\var{st\_mode} con l'uso delle due costanti \macro{S\_ISUID} e
\macro{S\_IGID}, i cui valori sono riportati in
\tabref{tab:filedir_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:filedir_ownership} per una spiegazione dettagliata al
proposito).

Infine Linux utilizza il bit \textsl{sgid} per una ulteriore estensione
mutuata da SVR4. Il caso in cui il file abbia il bit \textsl{sgid} settato ma
non il corrispondente bit di esecuzione viene utilizzato per attivare per
quel file il \textit{mandatory locking} (argomento che affronteremo nei
dettagli in \secref{sec:xxx_mandatory_lock}).


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

L'ultimo dei bit rimanenti, identificato dalla costante \macro{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 settare 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
mecchina (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.

Ovviamente per evitare che gli utenti potessero intasare la swap solo
l'amministratore era in grado di settare questo bit, che venne chiamato anche
\textit{saved text bit}, da cui deriva il nome della costante. Le attuali
implementazioni di memoria virtuale e filesystem rendono sostanzialmente
inutile questo procedimento. Lo \textsl{sticky bit} è indicato attraverso la
lettera \cmd{t} al posto della \cmd{x} nei permessi per gli altri.

Benché ormai non venga più utilizzato per i file, lo \textsl{sticky bit} ha
assunto un uso corrente per le directory\footnote{lo \textsl{sticky bit} è una
  estensione non definita nello standard POSIX, Linux però la supporta, così
  come BSD e SVR4}, in questo caso se il bit è settato un file potrà essere
rimosso dalla directory soltanto se l'utente ha il permesso di scrittura 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 settato è \file{/tmp}, i
permessi infatti di solito sono settati come:
\begin{verbatim}
drwxrwxrwt    6 root     root         1024 Aug 10 01:03 /tmp
\end{verbatim}
in questo modo chiunque può leggere, scrivere ed eseguire i file temporanei
ivi memorizzati, sia crearne di nuovi, ma solo l'utente che ha creato un file
nella directory potrà cancellarlo o rinominarlo, evitando così che utente
possa, più o meno consapevolemnte, cancellare i file degli altri.


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

Vedremo in \secref{sec:fileunix_base_func} quali sono le funzioni per creare
nuovi file, ma se è possibile specificare in sede di creazione quali permessi
applicare ad un nuovo file, non si può indicare a quale utente e gruppo esso
deve appartenere. Lo stesso problema di presenta per la creazione di nuove
directory (procedimento descritto in \secref{sec:filedir_dir_creat_rem}).

Lo standard POSIX prescrive che l'uid del nuovo file corrisponda
all'\textit{effective user id} del processo che lo crea; per il gid invece
prevede due diverse possibilità:
\begin{itemize}
\item il gid del file corrisponde all'\textit{effective group id} del processo
\item il gid del file corrisponde al 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 gid
del processo, se però la directory in cui viene creato il file ha il bit sgid
settato allora viene usata la seconda opzione..

Usare la semantica BSD ha il vantaggio che il gid viene sempre automaticamente
propagato, restando coerente a quello della directory di partenza, in tutte le
sottodirectory. La semantica SVR4 offre una maggiore possibilità di scelta, ma
per ottenere lo stesso risultato necessita che per le nuove directory venga
anche propagato anche il bit sgid. Questo è comunque il comportamento di
default di \func{mkdir}, ed é in questo modo ad esempio che Debian assicura
che le sottodirectory create nelle home di un utente restino sempre con il gid
del gruppo primario dello stesso.


\subsection{La funzione \texttt{access}}
\label{sec:filedir_access}

Come detto in \secref{sec:filedir_access_control} il controllo di accesso ad
un file viene fatto usando \textit{effective user id} e \textit{effective
  group id} del processo, ma ci sono casi in cui si può voler effettuare il
controllo usando il \textit{real user id} e il \textit{real group id} (cioè
l'uid dell'utente che ha lanciato il programma, che, come accennato in
\secref{sec:filedir_suid_sgid} e spiegato in \secref{sec:prochand_perms} non è
detto sia uguale all'\textit{effective user id}). Per far questo si può usare
la funzione \func{access}, il cui prototipo è:

\begin{prototype}{unistd.h}
{int access(const char *pathname, int mode)}

  La funzione verifica i permessi di accesso, indicati da \var{mode}, per il
  file indicato da \var{pathname}. 
  
  La funzione ritorna 0 se l'accesso è consentito, -1 altrimenti; in
  quest'utlimo caso la variabile \texttt{errno} viene settata secondo i codici
  di errore: \macro{EACCES}, \macro{EROFS}, \macro{EFAULT}, \macro{EINVAL},
  \macro{ENAMETOOLONG}, \macro{ENOENT}, \macro{ENOTDIR}, \macro{ELOOP},
  \macro{EIO}.
\end{prototype}

I valori possibili per il parametro \var{mode} sono esprimibili come
combinazione delle costanti numeriche riportate in \ntab\ (attraverso un OR
binario). I primi tre valori implicano anche la verifica dell'esistenza del
file, se si vuole verificare solo quest'ultimaa si può usare \macro{F\_OK}, o
anche direttamente \func{stat}. In caso \var{pathname} si riferisca ad un link
simbolico 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
  \begin{tabular}{|c|l|}
    \hline
    \var{mode} & Significato \\
    \hline
    \hline
    \macro{R\_OK} & verifica il permesso di lettura \\
    \macro{W\_OK} & verifica il permesso di scritture \\
    \macro{X\_OK} & verifica il permesso di esecuzione \\
    \macro{F\_OK} & verifica l'esistenza del file \\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori possibile per il parametro \var{mode} della funzione 
    \func{access}}
  \label{tab:filedir_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 (attraverso l'uso del
suid bit) che vuole controllare se l'utente originale ha i permessi per
accedere ad un certo file.


\subsection{Le funzioni \texttt{chmod} e \texttt{fchmod}}
\label{sec:filedir_chmod}

Per cambiare i permessi di un file il sistema mette ad disposizione due
funzioni, che operano rispettivamente su un filename e su un file descriptor,
i cui 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 \var{path} al valore indicato da \var{mode}.
  
  \funcdecl{int fchmod(int fd, mode\_t mode)} Analoga alla precedente, ma usa
  il file descriptor \var{fd} per indicare il file.

  Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per un errore, in
  caso di errore \texttt{errno} viene settato ai valori:
  \begin{errlist}
  \item \macro{EPERM} L'\textit{effective user id} non corrisponde a quello
    del proprietario del file o non è zero.
  \end{errlist}
  Oltre a questi entrambe restituiscono gli errori \macro{EROFS} e
  \macro{EIO}; \func{chmod} restituisce anche \macro{EFAULT},
  \macro{ENAMETOOLONG}, \macro{ENOENT}, \macro{ENOMEM}, \macro{ENOTDIR},
  \macro{EACCES}, \macro{ELOOP}; \func{chmod} anche \macro{EBADF}.
\end{functions}

I valori possibili per \var{mode} sono indicati in \ntab. I valori possono
esser combinati con l'OR binario delle relative macro, o specificati
direttamente, come per l'analogo comando di shell, con il valore ottale. 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 suid
il valore da fornire sarebbe $4755$.

\begin{table}[!htb]
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|c|c|l|}
    \hline
    \var{mode} & Valore & Significato \\

    \hline
    \hline
    \macro{S\_ISUID} & 04000 & set user ID \\

    \macro{S\_ISGID} & 02000 & set group ID \\
    
    \macro{S\_ISVTX} & 01000 & sticky bit \\

    \hline
    \macro{S\_IRWXU} & 00700 & l'utente ha tutti i permessi \\

    \macro{S\_IRUSR} & 00400 & l'utente ha il permesso di lettura  \\

    \macro{S\_IWUSR} & 00200 & l'utente ha il permesso di scrittura \\

    \macro{S\_IXUSR} & 00100 & l'utente ha il permesso di esecuzione \\

    \hline
    \macro{S\_IRWXG} & 00070 & il gruppo ha tutti i permessi  \\

    \macro{S\_IRGRP} & 00040 & il gruppo ha il permesso di lettura  \\

    \macro{S\_IWGRP} & 00020 & il gruppo ha il permesso di scrittura \\

    \macro{S\_IXGRP} & 00010 & il gruppo ha il permesso di esecuzione \\

    \hline
    \macro{S\_IRWXO} & 00007 & gli altri hanno tutti i permessi \\

    \macro{S\_IROTH} & 00004 & gli altri hanno il permesso di lettura  \\

    \macro{S\_IWOTH} & 00002 & gli altri hanno il permesso di scrittura \\

    \macro{S\_IXOTH} & 00001 & gli altri hanno il permesso di esecuzione \\

    \hline
  \end{tabular}
  \caption{I valori delle costanti usate per indicare i permessi dei file.}
  \label{tab:filedir_permission_const}
\end{table}



\subsection{La funzione \texttt{umask}}
\label{sec:filedir_umask}

Oltre che dai valori indicati in sede di creazione, i permessi assegnati ai
nuovi file sono controllati anche da una maschera di bit settata con la
funzione \func{umask}. Questa maschera è una caratteristica di ogni processo e
viene utilizzata per impedire che alcuni permessi possano essere assegnati ai
nuovi file in sede di creazione, i bit indicati nella maschera vengono infatti
esclusi quando un nuovo file viene creato.

In genere questa maschera serve per impostare un default che escluda alcuni
permessi (usualmente quello di scrittura per gruppo e altri, corrispondente ad
un valore di 022). Essa è utile perché le routine l'interfaccia degli stream
non prevede l'esistenza dei processi, e pertanto i nuovi file vengono sempre
creati con i permessi fissati su 066. 



\subsection{Le funzioni \texttt{chown}, \texttt{fchown} e \texttt{lchown}}
\label{sec:filedir_chown}




%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}).



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

Come spiegato in \secref{sec:fileintr_filesystem} tutte le informazioni
generali relative alle caratteristiche di ciascun file sono mantenute
nell'inode. Vedremo in questa sezione come sia possibile accedervi usando la
funzione \texttt{stat} ed esamineremo alcune funzioni utilizzabili per
manipolare una parte di questa informazione. Tutto quello che invece riguarda
il meccanismo di controllo di accesso ad i file e le relative funzioni di
manipolazione sarà invece esaminato in \secref{sec:filedir_access_control}.


\subsection{Le funzioni \texttt{stat}, \texttt{fstat} e \texttt{lstat}}
\label{sec:filedir_stat}

La lettura delle informazioni relative ai file è fatta attraverso la famiglia
delle funzioni \func{stat}, che è la funzione che il comando \cmd{ls} usa
per poter stampare 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 \var{file\_name} e le inserisce in
  \var{buf}.
  
  \funcdecl{int lstat(const char *file\_name, struct stat *buf)} Identica a
  \func{stat} eccetto che se il \var{file\_name} è un link simbolico vengono
  lette le informazioni relativa 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 \var{filedes}.
  
  Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per un errore, in
  caso di errore \texttt{errno} viene settato ai valori:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EACCESS} non c'è il permesso di accedere al file.
  \item \texttt{ENOTDIR} una componente del pathname non è una directory.
  \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
    completare l'operazione. 
  \item \texttt{ENAMETOOLONG} il filename è troppo lungo.
  \end{errlist}
\end{functions}

La struttura \texttt{stat} è definita nell'header \texttt{sys/stat.h} e in
generale dipende dall'implementazione, la versione usata da Linux è mostrata
in \nfig, così come riportata dalla man page (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 \texttt{stat} per la lettura delle informazioni dei 
    file}
  \label{fig:filedir_stat_struct}
\end{figure}

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


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

Come riportato in \tabref{tab:fileintr_file_types} in Linux oltre ai file e
alle directory esistono vari altri oggetti che possono stare su un filesystem;
il tipo di file è ritornato dalla \texttt{stat} nel campo \texttt{st\_mode}.

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

Oltre a queste macro è possibile usare direttamente il valore di
\var{st\_mode} per ricavare il significato dei vari bit in esso memorizzati,
per questo sempre in \texttt{sys/stat.h} sono definiti i flag riportati in
\ntab:
\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
    \hline
    Flag & Valore & Significato \\
    \hline
    \hline
    \macro{S\_IFMT}   &  0170000 & bitmask per i bit del tipo di file \\
    \macro{S\_IFSOCK} &  0140000 & socket             \\
    \macro{S\_IFLNK}  &  0120000 & link simbolico     \\
    \macro{S\_IFREG}  &  0100000 & file regolare      \\ 
    \macro{S\_IFBLK}  &  0060000 & device a blocchi   \\
    \macro{S\_IFDIR}  &  0040000 & directory          \\ 
    \macro{S\_IFCHR}  &  0020000 & device a caratteri \\
    \macro{S\_IFIFO}  &  0010000 & fifo               \\
    \hline
    \macro{S\_ISUID}  &  0004000 & set UID bit   \\
    \macro{S\_ISGID}  &  0002000 & set GID bit   \\
    \macro{S\_ISVTX}  &  0001000 & sticky bit    \\
    \hline
    \macro{S\_IRWXU}  &  00700   & bitmask per i permessi del proprietario  \\
    \macro{S\_IRUSR}  &  00400   & il proprietario ha permesso di lettura   \\
    \macro{S\_IWUSR}  &  00200   & il proprietario ha permesso di scrittura \\
    \macro{S\_IXUSR}  &  00100   & il proprietario ha permesso di esecuzione\\
    \hline
    \macro{S\_IRWXG}  &  00070   & bitmask per i permessi del gruppo        \\
    \macro{S\_IRGRP}  &  00040   & il gruppo ha permesso di lettura         \\
    \macro{S\_IWGRP}  &  00020   & il gruppo ha permesso di scrittura       \\
    \macro{S\_IXGRP}  &  00010   & il gruppo ha permesso di esecuzione      \\
    \hline
    \macro{S\_IRWXO}  &  00007   & bitmask per i permessi di tutti gli altri\\
    \macro{S\_IROTH}  &  00004   & gli altri hanno permesso di lettura      \\
    \macro{S\_IWOTH}  &  00002   & gli altri hanno permesso di esecuzione   \\
    \macro{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 \texttt{sys/stat.h})}
  \label{tab:filedir_file_mode_flags}
\end{table}

Il primo valore definisce la maschera dei bit usati nei quali viene
memorizzato il tipo di files, mentre gli altri possono essere usati per
effettuare delle selezioni sul tipo di file voluto, combinando opportunamente
i vari flag; ad esempio se si volesse controllare se un file è una directory o
un file ordinario si potrebbe definire la condizione:
\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{La dimensione dei file}
\label{sec:filedir_file_size}

Il membro \var{st\_size} contiene la dimensione del file in byte (se il file
è un file normale, nel caso di un link simbolico al dimensione è quella del
pathname che contiene). 

Il campo \var{st\_blocks} definisce la lunghezza del file in blocchi di 512
bytes. 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 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 \textsl{buchi} (detti normalmente \textit{holes}) che
si formano tutte le volte che si va a scrivere su un file dopo aver eseguito
una \func{seek} (vedi \secref{sec:fileunix_lseek}) oltre la sua conclusione
corrente.

In tal caso si avranno differenti risultati a seconda del modi 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 \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{seek} per spostarsi oltre la sua fine. Esistono però anche casi
in cui si può avere bisogno di effettuare un troncamento scartando i dati al
di là della dimensione scelta come nuova fine del file.

Un file può essere troncato a zero aprendolo con il flag \macro{O\_TRUNC}, ma
questo è un caso particolare; per qualunque altra dimensione si possono usare
le due funzioni:
\begin{functions}
  \headdecl{unistd.h} \funcdecl{int truncate(const char *file\_name, off\_t
    length)} Fa si che la dimensione del file \var{file\_name} sia troncata ad
    un valore massimo specificato da \var{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 \var{fd}, 
  
  Le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per un errore, in
  caso di errore \texttt{errno} viene settato ai valori:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EACCESS} non c'è il permesso di accedere al file.
  \item \texttt{ENOTDIR} una componente del pathname non è una directory.
  \item \texttt{EMLOOP} ci sono troppi link simbolici nel pathname.
  \item \texttt{EFAULT} i puntatori usati sono fuori dallo spazio di indirizzi
    del processo.
  \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
    completare l'operazione. 
  \item \texttt{ENOENT} il file non esiste. 
  \item \texttt{ENAMETOOLONG} il filename è troppo lungo.
  \end{errlist}
\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 hole nel file).


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

Il sistema mantiene per ciascun file tre tempi. Questi sono registrati
nell'inode insieme agli altri attibuti del file e possono essere letti tramite
la funzione \func{stat}, che li restituisce attraverso tre campi della
struttura in \figref{fig:filedir_stat_struct}. Il significato di detti tempi e
dei relativi campi è riportato nello schema in \ntab:

\begin{table}[htb]
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|c|l|l|c|}
    \hline
    Membro & Significato & Funzione&opzione \\
    \hline
    \hline
    \var{st\_atime}& ultimo accesso ai dati del file &\func{read}& \cmd{-u}\\ 
    \var{st\_mtime}& ultima modifica ai dati del file &\func{write}& 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:filedir_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{chage 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; siccome esistono molte operazioni (come la
funzione \func{link} e molte altre che vedremo in seguito) che modificano solo
le informazioni contenute nell'inode senza toccare il file, diventa necessario
l'utilizzo di un altro tempo.

Il sistema non tiene conto dell'ultimo accesso all'inode, pertanto funzioni
come \func{access} o \func{stat} non hanno alcuna influenza sui tre tempi. Il
tempo di ultimo accesso 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 \curtab.

L'effetto delle varie funzioni di manipolazione dei file sui tempi è
illustrato in \ntab. 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 files, che il sistema tratta in maniera del tutto analoga agli
altri. 

Per questo motivo tutte le volte che compiremo una operazione su un file che
comporta una modifica della sua directory entry, 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, mentre leggere o scrivere o
cambiarne i permessi ha effetti solo sui tempi del file.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|c|c|c|l|}
    \hline
    \multicolumn{1}{|c|}{Funzione} 
    &\multicolumn{3}{p{2cm}}{File o directory di riferimento}
    &\multicolumn{3}{p{2cm}}{Directory genitrice del riferimento} 
    &\multicolumn{1}{|c|}{Note} \\
    \cline{2-7}
    &  \textsl{(a)} &  \textsl{(m)}&  \textsl{(c)} 
    &  \textsl{(a)} &  \textsl{(m)}&  \textsl{(c)}& \\
    \hline
    \hline
    \func{chmod}, \func{fchmod} 
    &         &         &$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{chown}, \func{fchown} 
    &         &         &$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{creat}  
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$&  con 
    \macro{O\_CREATE} \\    \func{creat}  
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$&   
    con \macro{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 
    \macro{O\_CREATE} \\    \func{open}
    &         &$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & con 
    \macro{O\_TRUNC}  \\    \func{pipe}
    &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$&         &         &         & \\
    \func{read}
    &$\bullet$&         &         &         &         &         & \\
    \func{remove}
    &         &         &$\bullet$&         &$\bullet$&$\bullet$& using 
    \func{unlink}\\    \func{remove}
    &         &         &         &         &$\bullet$&$\bullet$& using 
    \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{Effetti delle varie funzioni su tempi di ultimo accesso 
    \textsl{(a)}, ultima modifica \textsl{(m)}  e ultimo cambiamento
    \textsl{(c)}}
  \label{tab:filedir_times_effects}  
\end{table}

Si noti infine come \var{st\_ctime} non abbia nulla a che fare con il tempo di
creazione del file, usato da molti altri sistemi operativi, che in unix non
esiste.


\subsection{La funzione \texttt{utime}}
\label{sec:filedir_utime}

I tempi di ultimo accesso e modifica possono essere cambiati usando la
funzione \func{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 specificato da
\var{filename} secondo i campi \var{actime} e \var{modtime} di \var{times}. Se
questa è \macro{NULL} allora viene usato il tempo corrente.

La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 in caso di errore, nel
qual caso \var{errno} è settata opportunamente.
\begin{errlist}
\item \texttt{EACCESS} non si ha il permesso di scrittura sul file.
\item \texttt{ENOENT} \var{filename} non esiste.
\end{errlist}
\end{prototype}
 
La struttura \var{utimebuf} usata da \func{utime} è definita come:
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
struct utimbuf {
        time_t actime;  /* access time */
        time_t modtime; /* modification time */
};
\end{lstlisting}

L'effetto della funzione e i privilegi necessari per eseguirla dipendono da
cosa è l'argomento \var{times}; se è \textit{NULL} la funzione setta 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 (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 device, scrivendo
direttamente sul disco senza passare attraverso il filesystem, ma ovviamente è
molto più complicato da realizzare.






\section{La manipolazione di file e directory}

Come già accennato in \secref{sec:fileintr_filesystem} in un sistema unix-like
i file hanno delle caratteristiche specifiche dipendenti dall'architettura del
sistema, esamineremo qui allora le funzioni usate per la creazione di link
simbolici e diretti  e per la gestione delle directory, approfondendo quanto
già accennato in precedenza.


\subsection{Le funzioni \texttt{link} e \texttt{unlink}}
\label{sec:fileintr_link}

Una delle caratteristiche comuni a vari sistemi operativi è quella di poter
creare dei nomi fittizi (alias o collegamenti) per potersi riferire allo
stesso file accedendovi da directory diverse. Questo è possibile anche in
ambiente unix, dove tali collegamenti sono usualmente chiamati \textit{link},
ma data la struttura del sistema ci sono due metodi sostanzialmente diversi
per fare questa operazione.

Come spiegato in \secref{sec:fileintr_architecture} l'accesso al contenuto di
un file su disco avviene attraverso il suo inode, e il nome che si trova in
una directory è solo una etichetta associata ad un puntatore a detto inode.
Questo significa che la realizzazione di un link è immediata in quanto uno
stesso file può avere tanti nomi diversi allo stesso tempo, dati da
altrettante diverse associazioni allo stesso inode; si noti poi che nessuno di
questi nomi viene ad assumere una particolare preferenza rispetto agli altri.

Per aggiungere un nome ad un inode si utilizza la funzione \texttt{link}; si
suole chiamare questo tipo di associazione un collegamento diretto (o
\textit{hard link}).  Il prototipo della funzione e le sue caratteristiche
principali, come risultano dalla man page, sono le seguenti:
\begin{prototype}{unistd.h}
{int link(const char * oldpath, const char * newpath)}
  Crea un nuovo collegamento diretto al file indicato da \texttt{oldpath}
  dandogli nome \texttt{newpath}.
  
  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 in caso di errore. La
  variabile \texttt{errno} viene settata opportunamente, i principali codici
  di errore sono:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EXDEV} \texttt{oldpath} e \texttt{newpath} non sono sullo
    stesso filesystem.
  \item \texttt{EPERM} il filesystem che contiene \texttt{oldpath} e
    \texttt{newpath} non supporta i link diretti o è una directory.
  \item \texttt{EEXIST} un file (o una directory) con quel nome esiste di
    già.
  \item \texttt{EMLINK} ci sono troppi link al file \texttt{oldpath} (il
    numero massimo è specificato dalla variabile \texttt{LINK\_MAX}, vedi
    \secref{sec:xxx_limits}).
  \end{errlist}
  
\end{prototype}

La creazione di un nuovo collegamento diretto non copia il contenuto del file,
ma si limita ad aumentare di uno il numero di referenze al file (come si può
controllare con il campo \var{st\_nlink} di \var{stat}) aggiungendo il nuovo
nome ai precedenti. Si noti che uno stesso file può essere così richiamato in
diverse directory.
 
Per quanto dicevamo in \secref{sec:fileintr_filesystem} la creazione del
collegamento diretto è possibile solo se entrambi i pathname sono nello stesso
filesystem; inoltre il filesystem deve supportare i collegamenti diretti (non è
il caso ad esempio del filesystem \texttt{vfat} di windows).

La funzione opera sui file ordinari, come sugli altri oggetti del filesystem,
in alcuni filesystem solo l'amministratore è in grado di creare un
collegamento diretto ad un'altra directory, questo lo si fa perché in questo
caso è possibile creare dei circoli nel filesystem (vedi
\secref{sec:fileintr_symlink}) che molti programmi non sono in grado di
gestire e la cui rimozione diventa estremamente complicata (in genere occorre
far girare il programma \texttt{fsck} per riparare il filesystem); data la sua
pericolosità in generale nei filesystem usati in Linux questa caratteristica è
stata disabilitata, e la funzione restituisce l'errore \texttt{EPERM}.

La rimozione di un file (o più precisamente della voce che lo referenzia) si
effettua con la funzione \texttt{unlink}; il suo prototipo è il seguente:

\begin{prototype}{unistd.h}{int unlink(const char * pathname)}
  Cancella il nome specificato dal pathname nella relativa directory e
  decrementa il numero di riferimenti nel relativo inode. Nel caso di link
  simbolico cancella il link simbolico; nel caso di socket, fifo o file di
  dispositivo rimuove il nome, ma come per i file i processi che hanno aperto
  uno di questi oggetti possono continuare ad utilizzarlo.
  
  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
  qual caso il file non viene toccato. La variabile \texttt{errno} viene
  settata secondo i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EISDIR} \var{pathname} si riferisce ad una directory
    (valore specifico ritornato da linux che non consente l'uso di
    \texttt{unlink} con le directory, e non conforme allo standard POSIX, che
    prescrive invece l'uso di \texttt{EPERM} in caso l'operazione non sia
    consentita o il processo non abbia privilegi sufficienti).
  \item \texttt{EROFS} \var{pathname} è su un filesystem montato in sola
  lettura.
  \item \texttt{EISDIR} \var{pathname} fa riferimento a una directory.
  \end{errlist}
\end{prototype}

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 (torneremo in
dettaglio sui permessi e gli attributi fra poco), se inoltre lo
\textit{sticky} bit è settato 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
della nome dalla directory e l'incremento/decremento del numero di riferimenti
nell'inode deve essere una operazione atomica (cioè non interrompibile da
altri) processi, per questo entrambe queste funzioni sono realizzate tramite
una singola system call.

Si ricordi infine che il 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 diventa zero lo spazio occupato viene rimosso. A
questo però si aggiunge una altra condizione, e cioè che non ci siano processi
che abbiano detto file aperto. Come accennato 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
\texttt{unlink} subito dopo.

\subsection{Le funzioni \texttt{remove} e \texttt{rename}}
\label{sec:fileintr_remove}

Al contrario di quanto avviene con altri unix in Linux non è possibile usare
\texttt{unlink} sulle directory, per cancellare una directory si può usare la
funzione \texttt{rmdir} (vedi \secref{sec:filedir_dir_creat_rem}), oppure la
funzione \texttt{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), che per i file è identica alla \texttt{unlink} e
per le directory è identica alla \texttt{rmdir}:

\begin{prototype}{stdio.h}{int remove(const char *pathname)}
  Cancella un nome dal filesystem. Usa \texttt{unlink} per i file e
  \texttt{rmdir} per le directory.
  
  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
  qual caso il file non viene toccato. Per i codici di errori vedi quanto
  riportato nella descrizione di \texttt{unlink} e \texttt{rmdir}.
\end{prototype}

Per cambiare nome ad un file si usa invece la funzione \texttt{rename}, il
vantaggio nell'uso di questa funzione al posto della chiamata successiva di
\texttt{unlink} e \texttt{link} è che l'operazione è eseguita atomicamente, in
questo modo non c'è la possibilità che un processo che cerchi di accedere al
nuovo nome dopo che il vecchio è stato cambiato lo trovi mancante.

\begin{prototype}{stdio.h}
{int rename(const char *oldpath, const char *newpath)}
  Rinomina un file, spostandolo fra directory diverse quando richiesto.

  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
  qual caso il file non viene toccato. La variabile \texttt{errno} viene
  settata secondo i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist} 
  \item \texttt{EISDIR} \texttt{newpath} è una directory già esistente mentre
    \texttt{oldpath} non è una directory. 
  \item \texttt{EXDEV} \texttt{oldpath} e \texttt{newpath} non sono sullo
    stesso filesystem. 
  \item \texttt{ENOTEMPTY} \texttt{newpath} è una directory già esistente e
    non vuota.
  \item \texttt{EBUSY} o \texttt{oldpath} o \texttt{newpath} sono in uso da
    parte di qualche processo (come directory di lavoro o come root) o del
    sistema (come mount point).
  \item \texttt{EINVAL} \texttt{newpath} contiene un prefisso di
    \texttt{oldpath} o più in generale si è cercato di creare una directory
    come sottodirectory di se stessa.
  \item \texttt{EMLINK} \texttt{oldpath} ha già il massimo numero di link
    consentiti o è una directory e la directory che contiene \texttt{newpath}
    ha già il massimo numero di link. 
  \item \texttt{ENOTDIR} Uno dei componenti dei pathname non è una directory
    o\texttt{oldpath} è una directory e \texttt{newpath} esiste e non è una
    directory.
  \item \texttt{EFAULT} o \texttt{oldpath} o \texttt{newpath} è fuori dello
    spazio di indirizzi del processo.
  \item \texttt{EACCESS} Non c'è il permesso di scrittura per la directory in
    cui si vuole creare il nuovo link o una delle directory del pathname non
    consente la ricerca (permesso di esecuzione).
  \item \texttt{EPERM} le directory contenenti \texttt{oldpath} o
    \texttt{newpath} hanno lo sticky bit attivo e i permessi del processo non
    consentono rispettivamente la cancellazione e la creazione del file, o il
    filesystem non supporta i link.
  \item \texttt{ENAMETOOLONG} uno dei pathname è troppo lungo.
  \item \texttt{ENOENT} Uno dei componenti del pathname non esiste o è un link
    simbolico spezzato.
  \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
    completare l'operazione. 
  \item \texttt{EROFS} I file sono su un filesystem montato in sola lettura.
  \item \texttt{ELOOP} Ci sono troppi link simbolici nella risoluzione del
    pathname.
  \item \texttt{ENOSPC} Il device di destinazione non ha più spazio per la
    nuova voce. 
  \end{errlist}    
\end{prototype}

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

Siccome la funzione \texttt{link} crea riferimenti agli inodes, essa può
funzionare soltanto per file che risiedono sullo stesso filesystem, dato che
in questo caso è garantita l'unicità dell'inode, e solo per un filesystem di
tipo unix.  Inoltre 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 che contengono il
semplicemente il riferimento ad un altro file (o directory). In questo modo è
possibile effettuare link anche attraverso filesystem diversi e a directory, e
pure a file che non esistono ancora.

Il sistema funziona in quanto i link simbolici sono contrassegnati come tali
al kernel (analogamente a quanto avviene per le directory) per cui la chiamata
ad una \texttt{open} o una \texttt{stat} su un link simbolico comporta la
lettura del contenuto del medesimo e l'applicazione della funzione al file
specificato da quest'ultimo. Invece altre funzioni come quelle per cancellare
o rinominare i file operano direttamente sul link simbolico (per l'elenco vedi
\ntab). Inoltre esistono funzioni apposite, come la \texttt{readlink} e la
\texttt{lstat} per accedere alle informazioni del link invece che a quelle del
file a cui esso fa riferimento.

Le funzioni per operare sui link simbolici sono le seguenti, esse sono tutte
dichiarate nell'header file \texttt{unistd.h}.

\begin{prototype}{unistd.h}
{int symlink(const char * oldname, const char * newname)}
  Crea un nuovo link simbolico al file indicato da \texttt{oldname} dandogli
  nome \texttt{newname}.
  
  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
  di errore. La variabile \texttt{errno} viene settata secondo i codici di
  errore standard di accesso ai file (trattati in dettaglio in
  \secref{sec:filedir_access_control}) ai quali si aggiungono i seguenti:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EEXIST} Un file (o una directory) con quel nome esiste di
    già.
  \item \texttt{EROFS} La directory su cui si vuole inserire il nuovo link è
    su un filesystem montato readonly.
  \item \texttt{ENOSPC} La directory o il filesystem in cui si vuole creare il
    link è piena e non c'è ulteriore spazio disponibile.
  \item \texttt{ELOOP} Ci sono troppi link simbolici nella risoluzione di
    \texttt{oldname} o di \texttt{newname}.
  \end{errlist}
\end{prototype}

Dato che la funzione \texttt{open} segue i link simbolici, è necessaria usare
un'altra funzione quando si vuole leggere il contenuto di un link simbolico,
questa funzione è la:

\begin{prototype}{unistd.h}
{int readlink(const char * path, char * buff, size\_t size)} 
  Legge il contenuto del link simbolico indicato da \texttt{path} nel buffer
  \texttt{buff} di dimensione \texttt{size}. Non chiude la stringa con un
  carattere nullo e la tronca a \texttt{size} nel caso il buffer sia troppo
  piccolo per contenerla.
  
  La funzione restituisce il numero di caratteri letti dentro \texttt{buff} o
  -1 per un errore, in caso di errore. La variabile \texttt{errno} viene
  settata secondo i codici di errore:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EEXIST} Un file (o una directory) con quel nome esiste di
    già.
  \item \texttt{EROFS} La directory su cui si vuole inserire il nuovo link è
    su un filesystem montato readonly.
  \item \texttt{ENOSPC} La directory o il filesystem in cui si vuole creare il
    link è piena e non c'è ulteriore spazio disponibile.
  \end{errlist}
\end{prototype}

In \ntab\ si è riportato un elenco dei comportamenti delle varie funzioni che
operano sui file rispetto ai link simbolici; specificando quali seguono il
link simbolico e quali possono operare direttamente sul suo contenuto.
\begin{table}[htb]
  \centering
  \footnotesize
  \begin{tabular}[c]{|l|c|c|}
    \hline
    Funzione & Segue il link & 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:filedir_symb_effect}
\end{table}
si noti che non si è specificato il comportamento delle funzioni che operano
con i file descriptor, in quanto la gestione del link simbolico viene in
genere effettuata dalla funzione che restituisce il file descriptor
(normalmente la \func{open}).

\begin{figure}[htb]
  \centering
  \includegraphics[width=5cm]{img/link_loop.eps}
  \caption{Esempio di loop nel filesystem creato con un link simbolico.}
  \label{fig:filedir_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 \curfig, 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{Questo
  tipo di loop è stato effettuato per poter permettere a \cmd{grub} (un
  bootloader estremamente avanzato in grado di accedere direttamente
  attraverso vari filesystem al file da lanciare come sistema operativo) di
  vedere i file in questa directory, che è montata su una partizione separata
  (e che grub vedrebbe come radice), con lo stesso path con cui verrebbero
  visti dal sistema operativo.}. 

Questo può causare problemi per tutti quei programmi che effettuano lo scan di
una directory senza tener conto dei link simbolici, ad esempio se lanciassimo
un comando del tipo \cmd{grep -r linux *}, il loop nella directory porterebbe
il comando ad esaminare \file{/boot}, \file/{boot/boot}, \file/{boot/boot/boot}
e così via, fino a generare un errore (che poi è \macro{ELOOP}) quando viene
superato il numero massimo di link simbolici consentiti (uno dei limiti del
sistema, posto proprio per poter uscire da questo tipo di situazione).

Un secondo punto da tenere presente è che un link simbolico può essere fatto
anche ad un file che non esiste; ad esempio possiamo creare un file temporaneo
nella nostra directory con un link del tipo:
\begin{verbatim}
$ln -s /tmp/tmp_file temporaneo
\end{verbatim}%$
ma anche se \file{/tmp/tmp\_file} non esiste. Aprendo in scrittura
\file{temporaneo} questo verrà scritto; ma se cercassimo di accederlo in sola
lettura (ad esempio con \cmd{cat}) otterremmo:
\begin{verbatim}
$ cat prova 
cat: prova: No such file or directory
\end{verbatim}%$
con un errore che sembra sbagliato, dato \cmd{ls} ci mostrerebbe l'esistenza
di \file{temporaneo}.


\subsection{Le funzioni \texttt{mkdir} e \texttt{rmdir}} 
\label{sec:filedir_dir_creat_rem}

Per creare una nuova directory si può usare la seguente funzione, omonima
dell'analogo comando di shell \texttt{mkdir}; per accedere ai tipi usati
programma deve includere il file \texttt{sys/types.h}.

\begin{prototype}{sys/stat.h}
{int mkdir (const char * dirname, mode\_t mode)}
  Questa funzione crea una nuova directory vuota con il nome indicato da
  \var{dirname}, assegnandole i permessi indicati da \var{mode}. Il nome
  può essere indicato con il pathname assoluto o relativo.
  
  La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
  di errore \texttt{errno} viene settata secondo i codici di errore standard
  di accesso ai file (trattati in dettaglio in
  \secref{sec:filedir_access_control}) ai quali si aggiungono i seguenti:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EACCESS} 
    Non c'è il permesso di scrittura per la directory in cui si vuole inserire
    la nuova directory.
  \item \texttt{EEXIST} Un file (o una directory) con quel nome esiste di già. 
  \item \texttt{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 nell'hard-disk, ma potendo avere a che
    fare anche con filesystem di altri sistemi questo errore può presentarsi.
  \item \texttt{ENOSPC} Non c'è abbastanza spazio sul file system per creare
    la nuova directory.
  \item \texttt{EROFS} La directory su cui si vuole inserire la nuova
    directory è su un filesystem montato readonly.
  \end{errlist}
\end{prototype}
 

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

Benché le directory siano oggetti del filesystem come tutti gli altri non ha
ovviamente senso aprirle come fossero dei file di dati. Può però essere utile
poterne leggere il contenuto ad esempio per fare la lista dei file che esse
contengono o ricerche sui medesimi.

Per accedere al contenuto delle directory si usano i cosiddetti
\textit{directory streams} (chiamati così per l'analogia con i file stream);
la funzione \texttt{opendir} apre uno di questi stream e la funzione
\texttt{readdir} legge il contenuto della directory, i cui elementi sono le
\textit{directory entries} (da distinguersi da quelle della cache di cui
parlavamo in \secref{sec:fileintr_vfs}) in una opportuna struttura
\texttt{struct dirent}.


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

A ciascun processo è associato ad una directory nel filesystem che è chiamata
directory corrente o directory di lavoro (\textit{current working directory})
che è quella a cui si fa riferimento quando un filename è espresso in forma
relativa (relativa appunto a questa directory).

Quando un utente effettua il login questa directory viene settata alla
cosiddetta \textit{home directory} del suo account, il comando \texttt{cd}
della shell consente di cambiarla a piacere, spostandosi da una directory ad
un'altra.  Siccome la directory corrente resta la stessa quando viene creato
un processo figlio, la directory corrente della shell diventa anche la
directory corrente di qualunque comando da essa lanciato.

Le funzioni qui descritte servono esaminare e cambiare la directory di lavoro
corrente. 

\begin{prototype}{unistd.h}{char * getcwd (char * buffer, size\_t size)}
  Restituisce il filename completo della directory di lavoro corrente nella
  stringa puntata da \texttt{buffer}, che deve essere precedentemente
  allocata, per una dimensione massima di \texttt{size}. Si può anche
  specificare un puntatore nullo come \textit{buffer}, nel qual caso la
  stringa sarà allocata automaticamente per una dimensione pari a
  \texttt{size} qualora questa sia diversa da zero, o della lunghezza esatta
  del pathname altrimenti. In questo caso si deve ricordare di disallocare la
  stringa una volta cessato il suo utilizzo.
  
  La funzione restituisce il puntatore \texttt{buffer} se riesce,
  \texttt{NULL} se fallisce, in quest'ultimo caso la variabile
  \texttt{errno} è settata con i seguenti codici di errore:
  \begin{errlist}
  \item \texttt{EINVAL} L'argomento \texttt{size} è zero e \texttt{buffer} non
    è nullo.
  \item \texttt{ERANGE} L'argomento \texttt{size} è più piccolo della
    lunghezza del pathname. 
  \item \texttt{EACCESS} 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}

Di questa funzione esiste una versione \texttt{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 \texttt{PATH\_MAX} (di solito 256 bytes, vedi
\secref{sec:xxx_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 \texttt{char * get\_current\_dir\_name(void)}
che è sostanzialmente equivalente ad una \texttt{getcwd(NULL, 0)}, con la sola
differenza che essa ritorna il valore della variabile di ambiente
\texttt{PWD}, che essendo costruita dalla shell può contenere anche dei
riferimenti simbolici.

Come già detto in unix anche le directory sono file, è possibile pertanto
riferirsi ad esse tramite il file descriptor dell'interfaccia a basso livello,
e non solo tramite il filename; per questo motivo ci sono due diverse funzioni
per cambiare directory di lavoro.

\begin{prototype}{unistd.h}{int chdir (const char * pathname)}
  Come dice il nome (che significa \textit{change directory}) questa funzione
  serve a cambiare la directory di lavoro a quella specificata dal pathname
  contenuto nella stringa \texttt{pathname}.
\end{prototype}
  
\begin{prototype}{unistd.h}{int fchdir (int filedes)} 
  Analoga alla precedente, ma usa un file descriptor invece del pathname.

  Entrambe le funzioni restituiscono zero in caso di successo e -1 per un
  errore, in caso di errore \texttt{errno} viene settata secondo i codici di
  errore standard di accesso ai file (trattati in dettaglio in
  \secref{sec:filedir_access_control}) ai quali si aggiunge il codice
  \texttt{ENOTDIR} nel caso il \texttt{filename} indichi un file che non sia
  una directory.
\end{prototype}