1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
3 %% Copyright (C) 2000-2015 Simone Piccardi. Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitol le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37 descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato \textit{file descriptor}. Quando un
63 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
64 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
65 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 \itindbeg{process~table}
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101 ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102 all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
122 \itindend{process~table}
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
136 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
137 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
138 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
139 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al
140 \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
141 voluto nella \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe
142 disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
146 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
147 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
149 \itindbeg{standard~input}
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2. Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160 error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
162 \itindend{file~descriptor}
165 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
166 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
178 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
181 \constd{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
183 \constd{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
185 \constd{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
189 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
190 \label{tab:file_std_files}
193 \itindend{standard~input}
194 \itindend{standard~output}
195 \itindend{standard~error}
197 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
198 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
199 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
200 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
201 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
202 associati ad un altro file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture
203 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
204 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
205 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
208 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
209 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
210 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
211 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
212 non resti nessun riferimento in una una qualunque voce della \textit{file
213 table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
214 relativo \textit{inode}.
216 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
217 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
218 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
219 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
220 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
221 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
222 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
224 \itindend{file~table}
227 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
228 \label{sec:file_open_close}
230 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
231 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
232 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
233 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
234 nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
235 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
241 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
242 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
244 \fdesc{Apre un file.}
247 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
248 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
250 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
251 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
252 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
253 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
254 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
255 l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
256 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
257 standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
258 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
259 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
260 \param{pathname} è un collegamento simbolico.
261 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
262 dispositivo che non esiste.
263 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
264 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente.
265 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
266 \param{pathname} non è una directory.
267 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
268 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
269 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
271 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
272 amministratori né proprietari del file.
273 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
274 di un programma in esecuzione.
275 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
276 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
278 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
279 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
280 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
283 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
284 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
285 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
286 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
287 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
288 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
289 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
290 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
291 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
293 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
294 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
295 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
296 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
297 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
298 input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
299 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
301 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
302 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
303 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
304 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
305 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
306 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
307 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
308 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
309 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
311 \itindbeg{file~status~flag}
313 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
314 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
315 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
316 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
317 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti \textit{file status
318 flags}), che vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura
319 \kstruct{file} che abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
321 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
322 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
323 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
324 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
325 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
326 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
328 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
329 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
330 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
331 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
332 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
333 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
338 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
340 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
343 \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
344 \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
345 \constd{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
348 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
349 nell'apertura di un file.}
350 \label{tab:open_access_mode_flag}
353 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
354 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
355 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
356 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
357 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
358 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
359 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
360 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
361 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
362 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
363 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
364 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
365 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
367 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
368 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
369 flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
370 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
371 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
372 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
373 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
374 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
375 standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
376 di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
377 system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
378 comunque il caso di utilizzarle.}
380 \itindend{file~status~flag}
382 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
383 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
384 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
385 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
386 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
387 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
388 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
389 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
390 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
391 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
392 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
397 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
399 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
402 \constd{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
403 di titolarità del file viste in
404 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
405 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
406 essere sempre specificato.\\
407 \constd{O\_DIRECTORY}&Se \param{pathname} non è una directory la
408 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
409 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
410 serve ad evitare dei possibili
411 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
412 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
413 viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
414 associato ad una unità a nastri. Non viene
415 usato al di fuori dell'implementazione di
416 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
417 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
418 \constd{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
419 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
420 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
421 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
422 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
423 \constd{O\_LARGEFILE}&Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
424 l'apertura di file molto grandi, la cui
425 dimensione non è rappresentabile con la versione a
426 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
427 l'interfaccia alternativa abilitata con la
428 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
429 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
430 sempre preferibile usare la conversione automatica
431 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
432 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
434 \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
435 di terminale, questo non diventerà il terminale di
436 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
437 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
438 \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
439 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
440 aggiunta in Linux a partire dal kernel
441 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
442 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
443 \constd{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
444 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
445 una fifo viene ignorato, negli altri casi il
446 comportamento non è specificato.\\
449 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
451 \label{tab:open_time_flag}
455 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
456 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
457 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
458 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
460 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
461 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
462 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
463 bloccato nelle risposte all'attacco.}
465 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
466 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
467 flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
468 \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
469 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
470 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
471 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
472 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
473 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si
474 tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da NFSv3
475 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene emulata
476 controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un file di
477 lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}.\footnote{un file
478 potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
479 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
480 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
481 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
483 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
484 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
485 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
486 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
487 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
488 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
489 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
490 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
491 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
492 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
493 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
498 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
500 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
503 \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
504 posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
505 viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
506 quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
507 precedente. Con NFS questa funzionalità non è
508 supportata e viene emulata, per questo possono
509 verificarsi \textit{race condition} con una
510 sovrapposizione dei dati se più di un processo
511 scrive allo stesso tempo.\\
512 \constd{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
513 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
514 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
515 tutte le volte che il file è pronto per le
516 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
517 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
518 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
519 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
520 in fase di apertura del file, deve
521 invece essere attivato successivamente con
523 \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
524 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
525 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
526 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
527 \textit{race condition} che si potrebbe verificare
528 con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
529 l'impostazione della suddetta modalità con
531 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
532 \constd{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
533 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
534 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
535 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
536 utilizzabile soltanto se si è definita la
537 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
538 \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
539 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
540 molti filesystem questa funzionalità non è
541 disponibile per il singolo file ma come opzione
542 generale da specificare in fase di
543 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
544 utilizzabile soltanto se si è definita la
545 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
546 \constd{O\_NONBLOCK}&Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
547 le operazioni di I/O (vedi
548 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
549 il fallimento delle successive operazioni di
550 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
551 per la loro esecuzione immediata, invece del
552 blocco delle stesse in attesa di una successiva
553 possibilità di esecuzione come avviene
554 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
555 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
556 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
557 una \func{ioctl} (vedi
558 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
559 \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
560 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
561 una \func{read} con un valore nullo e non con un
562 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
563 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
564 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
565 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
566 \constd{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
567 scrittura si bloccherà fino alla conferma
568 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
569 sull'hardware sottostante (in questo significato
570 solo dal kernel 2.6.33).\\
571 \constd{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
572 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
573 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
574 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
575 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
578 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
580 \label{tab:open_operation_flag}
583 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
584 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
585 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
586 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
587 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
588 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
589 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
590 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
591 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
592 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
593 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
594 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
596 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
597 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
598 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
599 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
600 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
601 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
602 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
603 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
604 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
605 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
607 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
608 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
609 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
610 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
611 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
612 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
613 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
614 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
615 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
618 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
619 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
620 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
621 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
622 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
623 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
624 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
625 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
626 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
627 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
629 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
630 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
631 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
632 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
633 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
634 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
635 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
636 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
638 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
639 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
640 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
641 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
643 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
644 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
645 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
646 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
647 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
648 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
649 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
650 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
651 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
652 sincronizzazione non sia completata.
654 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
655 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
656 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
657 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
658 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
659 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
660 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
661 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
662 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
663 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
664 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
666 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
667 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
669 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
670 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
671 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
672 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
673 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
677 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
678 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
681 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
682 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
686 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
687 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
688 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
691 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
692 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
693 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
694 disponibile; il suo prototipo è:
698 \fdecl{int close(int fd)}
699 \fdesc{Chiude un file.}
702 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
703 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
705 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
706 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
708 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
711 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
712 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
713 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
714 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
715 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
716 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
717 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
720 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
721 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
722 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
723 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
724 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
725 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
726 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
727 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
728 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
729 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
730 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
732 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
733 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
734 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
735 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
736 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
737 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
738 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
739 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
740 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
743 \subsection{La gestione della posizione nel file}
744 \label{sec:file_lseek}
746 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
747 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
748 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
749 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
750 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
751 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
753 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
754 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
755 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
756 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
762 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
763 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
766 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
767 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
769 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
770 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
772 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
775 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
778 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
779 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
780 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
781 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
782 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
783 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
784 \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
785 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
786 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
787 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
788 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
789 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
794 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
796 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
799 \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
800 deve essere positivo, di \param{offset} indica
801 direttamente la nuova posizione corrente.\\
802 \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
803 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
804 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
806 \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
807 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
808 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
811 \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
812 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
813 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
815 \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
816 \textit{hole} nel file che segue o inizia
817 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
818 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
819 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
820 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
823 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
824 \label{tab:lseek_whence_values}
828 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
829 % http://lwn.net/Articles/439623/
831 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
832 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
833 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
834 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
835 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
836 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
838 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
839 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
840 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
841 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
842 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
843 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
844 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
845 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
848 \itindbeg{sparse~file}
849 \index{file!\textit{hole}|(}
851 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
852 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
853 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
854 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
855 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file. Il nome deriva dal fatto
856 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
857 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
858 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
859 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
862 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
863 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
864 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
865 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
866 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
867 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
868 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
869 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
870 quella parte del file.
872 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
873 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
874 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
875 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
876 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
877 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
878 effettivamente allocati per il file.
880 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
881 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
882 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
883 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
884 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
885 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
886 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
888 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
889 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
890 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
891 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
892 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
893 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
894 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
895 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
896 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
899 \itindend{sparse~file}
901 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
902 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
903 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
904 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
905 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
906 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
907 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
908 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
909 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
910 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
911 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
914 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
915 buco in un file è lasciata all'implementazione del
916 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
917 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
918 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
919 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
920 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
921 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
922 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
924 \index{file!\textit{hole}|)}
927 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
928 \label{sec:file_read}
930 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
931 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
936 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
937 \fdesc{Legge i dati da un file.}
940 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
941 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
943 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
944 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
945 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
946 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
947 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
948 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
949 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
951 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
952 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
954 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
955 significato generico.}
958 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
959 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
960 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
961 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
962 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
963 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
964 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
965 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
967 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
968 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
969 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
970 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
971 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
972 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
973 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
974 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
975 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
977 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
978 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
979 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
980 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
981 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
982 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
983 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
984 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
986 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
987 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
988 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
989 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
990 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
991 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
992 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
994 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
995 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
996 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
997 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
998 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
999 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
1000 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1001 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1002 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1003 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1004 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1005 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1006 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1007 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1008 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1010 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1011 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1012 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1013 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1014 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1015 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1016 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1017 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1018 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1019 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1023 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1024 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1027 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1028 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1029 \func{read} e \func{lseek}.}
1032 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1033 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1034 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1035 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1036 modificare la posizione corrente.
1038 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1039 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1040 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1041 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1042 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1043 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1045 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1046 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1047 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1049 #define _XOPEN_SOURCE 500
1051 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1052 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1056 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1057 \label{sec:file_write}
1059 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1060 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1065 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1066 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1069 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1070 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1072 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1073 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1074 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1075 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1076 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1077 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1078 potuto scrivere qualsiasi dato.
1079 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1080 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1081 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1082 altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1083 segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1084 la funzione ritorna questo errore.
1086 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1087 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1091 \itindbeg{append~mode}
1093 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1094 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1095 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1096 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1097 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1098 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1099 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1100 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1102 \itindend{append~mode}
1104 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1105 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1106 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1107 stesso comportamento di \func{read}.
1109 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1110 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1111 nel file, il suo prototipo è:
1115 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1116 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1119 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1120 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1121 \func{write} e \func{lseek}.}
1124 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1127 \section{Caratteristiche avanzate}
1128 \label{sec:file_adv_func}
1130 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1131 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1132 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1133 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1134 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1137 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1138 \label{sec:file_shared_access}
1140 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1141 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1142 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1143 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1144 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1147 \begin{figure}[!htb]
1149 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1150 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1152 \label{fig:file_mult_acc}
1155 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1156 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1157 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1158 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1159 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1160 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1163 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1164 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1165 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1166 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1167 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1169 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1170 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1171 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1172 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1173 della struttura \kstruct{inode}.
1174 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1175 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1176 dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1177 scrittura il file viene automaticamente esteso.
1178 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1179 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1180 c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1181 fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
1182 dalla struttura \kstruct{inode}.
1185 \begin{figure}[!htb]
1187 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1188 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1189 \label{fig:file_acc_child}
1192 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1193 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}. Questo è ad esempio il
1194 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1195 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1196 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1197 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1198 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1200 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1201 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1202 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1203 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1204 table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1205 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1206 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1207 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1208 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1209 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1210 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1213 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1214 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1215 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1216 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1217 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1218 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1219 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1220 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1221 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1222 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1224 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1225 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1226 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1227 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1228 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1229 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1230 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1231 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1233 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1234 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1235 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1236 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1237 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1238 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1239 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1240 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1241 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1243 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1244 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1245 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1246 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition};
1247 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
1248 \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come abbiamo appena visto, il
1249 file sarà esteso, ma il primo processo, avrà una posizione corrente che aveva
1250 impostato con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la
1251 sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
1253 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1254 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1255 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1256 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1257 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1258 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1259 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1260 il file. Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1261 call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1262 realizza un'operazione atomica.
1265 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1266 \label{sec:file_dup}
1268 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1269 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1270 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1271 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1276 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1277 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1280 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1281 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1283 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1284 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1290 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1291 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1292 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1293 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1294 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1295 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1296 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1297 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1298 da cui il nome della funzione.
1300 \begin{figure}[!htb]
1301 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1302 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1303 \label{fig:file_dup}
1306 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1307 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1308 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1309 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1310 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1311 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1314 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1315 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1316 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1317 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1318 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1319 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1321 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1322 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1323 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1324 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1325 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1328 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1329 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1330 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1331 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1332 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1333 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1334 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1335 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1336 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1337 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1338 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1340 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1341 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1342 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1343 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1344 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1345 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1346 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1350 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1351 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1354 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1355 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1357 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1358 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1359 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1361 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1362 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1368 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1369 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1370 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1371 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1372 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1373 e si limita a restituire \param{newfd}.
1375 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1376 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1377 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1378 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1379 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1380 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1381 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1384 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1385 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1386 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1387 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1388 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1389 abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1390 piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1391 aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1392 condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1393 OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1394 una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1396 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1397 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1398 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1399 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1400 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1401 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1402 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1403 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1404 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1405 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1406 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1408 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1409 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1410 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1411 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1412 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1416 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1417 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1420 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1421 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1422 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1423 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1427 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1428 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1429 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1430 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1431 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1434 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1435 \label{sec:file_sync}
1437 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1438 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1439 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1440 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1443 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1444 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1445 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1446 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1447 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1448 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1452 \fdecl{void sync(void)}
1453 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1456 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1459 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1460 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1461 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1462 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1463 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1464 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1465 scrittura effettiva.
1467 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1468 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1469 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1470 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1471 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1472 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1473 comportamento può essere controllato attraverso il file
1474 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1475 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1476 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1477 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1478 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1479 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1480 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1482 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1483 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1484 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1489 \fdecl{int fsync(int fd)}
1490 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1491 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1492 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1495 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1496 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1498 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1501 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1502 significato generico.}
1505 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1506 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1507 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1508 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1509 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1510 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1511 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1512 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1513 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1514 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1516 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1517 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1518 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1519 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1520 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1521 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1522 automatica delle voci delle directory.}
1524 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1525 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1526 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1527 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1528 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1531 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1532 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1533 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1534 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1535 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1540 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1541 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1545 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1546 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1548 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1553 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1554 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1555 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1558 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1559 \label{sec:file_openat}
1561 \itindbeg{at-functions}
1563 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1564 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1565 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1566 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1567 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1568 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1569 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1570 attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1571 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1573 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1574 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1575 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1576 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1579 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1580 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1581 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1582 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1583 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1584 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1585 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1586 principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1587 \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1588 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1589 prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1590 \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1591 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1592 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1593 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1594 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1595 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1596 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1598 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1599 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1600 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1601 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1602 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1603 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1605 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1606 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1607 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1608 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1609 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1610 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1611 a ciascun file che essa contiene.
1613 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1614 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1615 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1616 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1617 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1621 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1622 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1623 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.}
1626 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1627 \func{open}, ed in più:
1629 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1630 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1631 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1636 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1637 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1638 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1639 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1640 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1641 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1642 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1643 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1644 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1645 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1646 sono definite in esso.
1648 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1649 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1650 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1651 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1652 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1653 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1654 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1655 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1660 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1662 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1665 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1666 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1667 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1668 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1669 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1670 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1671 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1672 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1673 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1674 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1675 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1676 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1677 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1678 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1681 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1682 corrispettive funzioni classiche.}
1683 \label{tab:file_atfunc_corr}
1686 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1687 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1689 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1690 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1691 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1692 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1693 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1694 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1695 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1696 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1697 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1700 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1701 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1702 % http://lwn.net/Articles/562488/
1703 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/569134/
1706 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1707 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1710 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1711 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1712 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1713 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1714 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1715 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1716 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1717 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1718 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1720 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1721 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1722 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1727 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1729 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1732 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1733 \func{chown}, ed in più:
1735 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1736 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1737 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1738 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1743 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1744 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1745 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1746 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1747 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1750 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1751 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1752 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1753 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1757 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1758 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1761 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1762 \func{access}, ed in più:
1764 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1765 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1766 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1767 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1772 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1773 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1774 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1775 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1776 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1777 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1778 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1782 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1783 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1784 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1785 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1789 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1790 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1793 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1794 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1797 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1798 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1799 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1800 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1805 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1806 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1807 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1808 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1809 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1810 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1811 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1812 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1813 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1815 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1816 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1817 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1818 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1819 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1820 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1821 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1822 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1825 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1826 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1827 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1828 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1829 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1830 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1835 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1837 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1840 \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1841 dereferenziazione dei collegamenti
1843 \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1844 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1845 (usato esplicitamente solo da
1847 \constd{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1848 il controllo dei permessi sia fatto usando
1849 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1851 \constd{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1852 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1853 invece che come \func{unlink}.\\
1856 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1857 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1858 \label{tab:at-functions_constant_values}
1862 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1863 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1864 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1865 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1866 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1867 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1868 precisione fino al nanosecondo.
1870 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1872 \itindend{at-functions}
1874 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1875 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1876 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1878 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
1879 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html
1881 \subsection{Le operazioni di controllo}
1882 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1884 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1885 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1886 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1887 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1888 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1890 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1891 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1892 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1893 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1894 il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
1900 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1901 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1902 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1903 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1904 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1907 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1908 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1909 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1910 l'unico valido in generale è:
1912 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1917 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1918 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1919 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1920 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1921 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1922 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1923 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1924 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1926 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1927 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1928 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1929 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1930 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1931 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1932 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1933 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1934 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1935 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1936 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1937 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1938 descrittori consentito.
1940 \itindbeg{close-on-exec}
1942 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1943 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
1944 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1945 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1946 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1947 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1948 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1950 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1951 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1952 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1953 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1954 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
1955 serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
1956 \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
1957 pertanto che il flag non è impostato.
1959 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1960 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1961 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1962 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1963 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
1964 tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
1965 ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
1966 si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
1967 \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1968 \itindend{close-on-exec}
1970 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1971 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1972 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1973 comando permette di rileggere il valore di quei bit
1974 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1975 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1976 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1977 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1978 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1979 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1980 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1981 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
1983 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1984 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1985 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1986 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1987 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1988 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1989 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1990 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1991 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1992 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1993 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1995 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1996 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1997 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1998 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1999 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2000 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2002 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2003 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2004 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2005 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2006 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2008 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2009 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2010 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2011 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2012 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2014 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2015 processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2016 che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2017 segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2018 asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2019 \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2020 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2021 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2024 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2025 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2026 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2027 \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2028 valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2029 $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2030 \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2031 presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2032 modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2033 che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2034 in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2035 dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2038 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2039 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2040 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2041 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2042 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2043 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2044 l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2045 unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2046 può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2047 il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2048 della \acr{glibc} e del kernel.
2050 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2051 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2052 segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2053 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2054 caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2055 \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2058 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2059 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2060 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2061 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2062 per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2063 valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2064 \textit{process group}.
2066 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2067 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2068 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2069 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2070 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2071 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2072 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2073 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2074 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2075 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2076 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2077 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2078 interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2081 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2082 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2083 o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2084 preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2085 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2086 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2087 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2089 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2090 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2091 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2092 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2093 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2094 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2095 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2096 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2098 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2099 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2100 del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2101 \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2102 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2103 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2104 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2105 un tipo di identificatore valido.
2107 \begin{figure}[!htb]
2108 \footnotesize \centering
2109 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2110 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2113 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2114 \label{fig:f_owner_ex}
2117 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2118 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2119 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2120 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2121 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2122 \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2123 \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2124 rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2125 ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2126 di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2127 sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2128 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2129 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2130 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2132 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2133 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2134 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2135 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2136 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2137 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2138 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2139 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2140 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2142 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2143 I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2144 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2145 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2146 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2147 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2148 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2149 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2150 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2151 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2153 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2154 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2155 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2156 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2157 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2158 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2159 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2160 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2161 accumulati in una coda prima della notifica.
2163 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2164 processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2165 di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2166 diversi da \errval{EBADF}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2167 solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è
2168 trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2170 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2171 di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2172 del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2173 successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2174 \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2175 (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2176 \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2177 lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2178 hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2179 capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2181 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2182 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2183 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2184 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2185 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2186 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2187 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2189 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2190 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2191 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2192 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2193 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2194 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2195 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2196 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2197 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2199 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2200 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2201 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2202 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2203 restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2204 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2205 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2207 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2208 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2209 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2210 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2211 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2212 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2213 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2214 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2215 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2216 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2217 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2218 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2219 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2220 precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2221 impostare un valore valore superiore a quello indicato da
2222 \sysctlfile{fs/pipe-size-max}. Il comando è specifico di Linux, è
2223 disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2224 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2228 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2229 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2230 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2231 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2232 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2233 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2234 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2235 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2236 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2238 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2239 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2240 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2241 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2242 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2243 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2244 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2245 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2248 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2249 % \label{sec:file_ioctl}
2251 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2252 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2253 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2254 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2255 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2256 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2257 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2258 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2260 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2261 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2262 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2266 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2267 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2270 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2271 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2272 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2275 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2277 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2278 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2279 riferimento \param{fd}.
2281 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2285 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2286 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2287 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2288 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2289 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2290 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2291 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2292 omesso, e per altre è un semplice intero.
2294 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2295 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2296 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2297 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2298 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2300 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2301 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2302 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2304 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2305 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2306 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2307 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2308 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2309 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2311 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2312 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2313 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2314 successivi (come ext3).}
2317 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2318 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2319 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2320 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2321 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2322 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2323 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2324 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2325 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2326 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2327 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2328 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2329 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2330 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2331 imprevedibili o indesiderati.
2333 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2334 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2335 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2336 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2337 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2338 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2339 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2341 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2342 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2343 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2344 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2345 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2346 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2347 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2348 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2349 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2350 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2351 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2352 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2353 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2354 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2355 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2356 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2358 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2359 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2360 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2361 disabilita, un valore non nullo abilita).
2362 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2363 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2364 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2365 valore specifica il PID del processo.
2366 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2367 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2368 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2369 scritto il PID del processo.
2370 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2371 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2372 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2373 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2374 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2375 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2376 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2377 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2378 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2379 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2382 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2383 % http://lwn.net/Articles/429345/
2385 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2386 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2387 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2388 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2389 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2390 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2391 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2392 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2393 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2394 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2395 due funzioni sono rimaste.
2397 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2398 % (bassa/bassissima priorità)
2399 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2400 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2404 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2405 \label{sec:files_std_interface}
2408 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2409 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2410 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2412 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2413 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2414 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2415 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2416 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2417 delle \acr{glibc} per la gestione dei file.
2419 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2420 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2421 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2422 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2425 \subsection{I \textit{file stream}}
2426 \label{sec:file_stream}
2428 \itindbeg{file~stream}
2430 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2431 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2432 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2434 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2435 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2436 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2437 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2438 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2439 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2440 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2442 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2443 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2444 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2445 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2446 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2447 all'ottenimento della massima efficienza.
2449 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2450 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2451 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2452 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2453 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2454 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2456 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2457 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2458 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2459 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2460 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2461 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2464 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2465 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2466 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2467 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2468 indicatori di stato e di fine del file.
2470 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2471 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2472 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2473 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2474 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2475 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2476 file \headfile{stdio.h}.
2478 \itindend{file~stream}
2480 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2481 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2482 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2483 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2484 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2486 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2487 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2488 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2489 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2490 prende i caratteri dalla tastiera.
2491 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2492 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2493 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2494 scrive sullo schermo.
2495 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2496 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2497 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2498 terminale e scrive sullo schermo.
2501 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2502 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2503 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2504 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2505 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2506 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2507 usare la funzione \func{freopen}.
2510 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2511 \label{sec:file_buffering}
2513 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2514 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2515 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2516 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2517 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2518 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2521 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2522 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2523 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2524 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2525 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2526 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2527 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2528 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2529 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2530 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2531 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2533 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2534 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2535 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2536 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2537 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2538 input/output sul terminale.
2540 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2541 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2542 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2544 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2545 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2546 (effettuando immediatamente una \func{write});
2547 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2548 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2549 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2550 quando si preme invio);
2551 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2552 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2555 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2556 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2557 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2558 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2560 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2561 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2562 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2563 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2564 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2565 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2566 buffered} altrimenti.
2568 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2569 output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2570 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2571 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2574 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2575 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2576 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2577 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2578 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2579 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2580 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2582 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2583 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2584 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2585 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2586 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2587 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2588 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2589 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2593 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2594 \label{sec:file_fopen}
2596 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2597 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2598 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2599 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2603 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2604 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2605 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2606 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2607 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2608 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2611 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2612 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2613 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2614 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2615 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2616 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2620 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2621 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2622 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2623 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2624 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2626 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2627 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2628 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2629 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2630 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2632 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2633 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2634 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2635 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2636 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2641 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2643 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2646 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2647 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2649 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2650 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2653 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2654 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2655 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2657 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2658 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2659 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2662 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2663 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2665 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2666 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2669 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2670 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2673 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2674 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2675 \label{tab:file_fopen_mode}
2678 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2679 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2680 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2681 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2682 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2683 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2684 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2685 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2687 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2688 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2689 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2690 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2691 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2692 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2694 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2695 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2696 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2697 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2698 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2700 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2701 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2702 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2703 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2704 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2705 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2706 chiusura dello \textit{stream}.
2708 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2709 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2711 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2712 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2713 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2714 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2715 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2716 operazione di I/O sul file.
2718 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2719 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2720 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2721 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2722 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2723 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2725 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2726 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2727 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2728 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2729 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2730 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2731 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2733 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2734 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2738 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2739 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2742 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2743 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2744 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2745 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2746 \func{write} o \func{fflush}).
2750 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2751 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2752 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2753 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2754 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2755 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2756 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2758 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2759 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2760 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2764 \fdecl{int fcloseall(void)}
2765 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2768 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2769 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2772 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2773 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2774 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2775 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2776 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2777 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2780 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2783 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2784 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2785 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2786 input/output non formattato:
2788 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2789 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2790 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2791 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2792 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2793 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2794 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2795 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2796 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2798 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2799 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2801 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2802 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2803 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2805 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2806 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2807 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2808 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2809 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2810 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2811 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le \acr{glibc} usano il
2812 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2814 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2815 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2816 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2817 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2819 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2820 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2821 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2822 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2823 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2824 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2826 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2827 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2828 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2829 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2830 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2831 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2835 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2836 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2837 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2838 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2841 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2842 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2845 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2846 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2847 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2848 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2850 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2851 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2855 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2856 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2860 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
2863 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2864 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2865 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2866 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2867 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2868 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2869 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2871 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2872 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2873 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2874 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
2875 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
2876 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i file di dispositivo
2877 (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in generale, pur
2878 essendolo sempre nel caso di file di dati.
2880 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2881 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2882 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2883 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2884 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2885 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2886 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2887 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2888 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2889 l'offset rispetto al record corrente.
2891 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2892 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2893 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2894 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2895 rispettivi prototipi sono:
2899 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2900 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
2901 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2902 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
2905 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2906 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2907 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2910 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2911 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2912 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2913 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2914 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
2915 successo e -1 in caso di errore.
2917 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2918 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2919 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2920 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2922 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2923 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2927 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
2928 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
2931 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2932 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2935 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2938 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2939 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2940 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2941 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2942 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2943 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2947 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2948 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
2949 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2950 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
2953 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2954 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2957 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2958 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2959 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2960 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2961 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2962 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2963 sistemi più moderni.
2965 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2969 \subsection{Input/output binario}
2970 \label{sec:file_binary_io}
2972 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2973 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2974 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2975 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2976 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2977 i rispettivi prototipi sono:
2981 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2982 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2983 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2985 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2988 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2989 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2993 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2994 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2995 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2996 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2997 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
2999 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3000 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3001 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3002 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3003 si avrà allora una chiamata tipo:
3004 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3005 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3008 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3009 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3010 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3011 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3013 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3014 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3015 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3016 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3017 corrispondente alla quantità di dati letti).
3019 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3020 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3021 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3022 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3023 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3026 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3027 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3028 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3029 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3030 stesso programma che li ha prodotti.
3032 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3033 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3034 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3035 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3036 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3037 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3038 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3039 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3041 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3042 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3043 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3044 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3045 eventuali differenze.
3047 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3048 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3049 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione
3050 delle applicazioni \textit{multi-thread} (si veda
3051 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3055 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3056 nmemb, FILE *stream)}
3057 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3058 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3059 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3060 implicito sullo stesso.}
3063 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3067 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3070 \subsection{Input/output a caratteri}
3071 \label{sec:file_char_io}
3073 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3074 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3075 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3076 rispettivi prototipi sono:
3080 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3081 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3082 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3083 \fdecl{int getchar(void)}
3084 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
3087 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3088 errore o se si arriva alla fine del file.}
3091 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3092 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3093 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3094 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3096 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3097 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3098 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3099 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3100 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3101 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3102 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3103 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3105 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3106 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3107 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3108 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3109 precedenza nel tipo di argomento).
3111 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3112 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3113 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3114 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3116 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3117 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3118 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3119 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3125 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3126 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3127 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3128 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3129 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
3132 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3133 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3136 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3137 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3138 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3139 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3141 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3142 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3143 loro prototipi sono:
3147 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3148 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3149 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3150 \fdecl{int putchar(int c)}
3151 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3154 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3155 \val{EOF} per un errore.}
3158 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3159 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3160 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3161 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3162 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3163 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3164 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3165 ritorno è \val{EOF}.
3167 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3168 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3169 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3170 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3171 il lock implicito dello \textit{stream}.
3173 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3174 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3175 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3179 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3180 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3181 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3182 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3185 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3186 \val{EOF} per un errore.}
3189 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3190 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3191 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3192 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3194 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3195 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3196 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3197 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3198 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3201 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3202 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3203 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3204 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3208 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3209 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3212 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3216 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3217 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3218 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3219 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3220 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3221 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3223 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3224 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3225 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3226 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3227 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3228 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3230 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3231 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3232 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3234 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3235 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3236 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3237 rimandati indietro vengono scartati.
3240 \subsection{Input/output di linea}
3241 \label{sec:file_line_io}
3243 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3244 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3245 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3246 caratteristiche più controverse.
3248 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3249 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3254 \fdecl{char *gets(char *string)}
3255 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3256 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3257 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3260 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3261 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3264 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3265 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3266 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3267 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3268 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3269 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3270 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3271 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3272 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3273 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3275 \itindbeg{buffer~overflow}
3277 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3278 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3279 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3280 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3281 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3282 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3283 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3284 nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3286 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3287 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3288 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3289 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3290 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3291 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3292 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3293 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3295 \itindend{buffer~overflow}
3297 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3298 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3299 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3300 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3301 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3302 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3303 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3304 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3307 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3308 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3309 rispettivi prototipi sono:
3313 \fdecl{int puts(char *string)}
3314 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3315 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3316 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3319 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3323 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3324 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3325 la scrive sul file indicato da \param{stream}. Dato che in questo caso si
3326 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3327 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3328 output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3329 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3330 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3331 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3333 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3334 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3335 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3336 loro prototipi sono:
3340 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3341 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3342 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3343 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3346 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3347 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3352 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3353 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3354 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3355 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3356 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3357 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3358 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3360 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3361 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3362 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3363 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3364 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3365 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3366 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3368 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3369 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3370 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3371 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3372 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3373 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3374 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3375 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3376 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3377 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3379 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3380 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3381 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3382 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3383 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3384 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3385 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3389 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3390 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3393 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3394 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3397 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3398 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3399 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3400 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3403 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3404 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3405 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3406 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3407 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3408 dimensioni del buffer suddetto.
3410 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3411 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3412 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3413 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3414 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3415 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3417 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3418 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3419 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3420 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3422 \includecodesnip{listati/getline.c}
3423 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3424 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3426 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3427 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3428 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3429 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3430 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3431 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3434 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3435 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3436 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3437 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3441 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3442 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3446 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3450 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3451 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3452 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3453 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3454 dell'argomento \param{delim}.
3457 \subsection{Input/output formattato}
3458 \label{sec:file_formatted_io}
3460 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3461 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3462 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3463 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3465 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3466 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3467 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3471 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3472 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3473 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3474 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3475 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3476 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3479 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3480 valore negativo per un errore.}
3484 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3485 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
3486 variabile e dipende dal formato stesso.
3488 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3489 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3490 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3491 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3492 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3493 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3494 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3498 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3499 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3502 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3506 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3507 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3508 non possa essere sovrascritto.
3513 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3515 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3518 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3520 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3521 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3522 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3523 decimale senza segno.\\
3525 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3526 rispettivamente con lettere minuscole e
3528 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3529 notazione a virgola fissa.\\
3531 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3532 notazione esponenziale, rispettivamente con
3533 lettere minuscole e maiuscole.\\
3535 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3536 notazione più appropriate delle due precedenti,
3537 rispettivamente con lettere minuscole e
3540 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3541 notazione esadecimale frazionaria.\\
3542 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3543 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3544 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3545 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3546 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3549 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3550 stringa di formato di \func{printf}.}
3551 \label{tab:file_format_spec}
3554 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3555 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3556 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3557 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
3558 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
3559 specificato in \param{format}.
3561 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3562 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
3563 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3564 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3565 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3567 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3568 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3569 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3571 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3573 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3574 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3575 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3576 specificati in questo ordine:
3578 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3580 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3581 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3583 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3584 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3585 (un altro numero decimale),
3586 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3587 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3593 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3595 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3598 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3599 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3600 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3601 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3603 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3606 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3607 \label{tab:file_format_flag}
3610 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3611 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3612 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3617 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3619 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3622 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3623 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3625 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3626 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3627 è di tipo \ctyp{short}.\\
3628 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3629 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3630 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3631 sono in formato esteso.\\
3632 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3633 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3634 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3635 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3637 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3638 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o
3639 \ctyp{uintmax\_t}.\\
3640 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o
3642 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
3645 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3646 \label{tab:file_format_type}
3649 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3650 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3651 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3652 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3656 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3657 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3658 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3659 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3660 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3661 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3664 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3665 valore negativo per un errore.}
3668 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3669 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3670 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3671 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
3672 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
3673 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
3674 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3676 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3677 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3678 scritti sulla stringa di destinazione:
3682 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3683 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3686 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3690 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
3693 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3694 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3695 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3696 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3701 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3702 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3703 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3706 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3711 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3712 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3713 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3714 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
3715 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
3716 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
3717 più, onde evitare \textit{memory leak}.
3719 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3721 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3722 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3723 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3724 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3725 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3726 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3728 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3729 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3730 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3731 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3735 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3736 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
3737 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3738 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3739 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3740 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3743 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3744 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3747 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3748 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3749 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3750 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3751 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3752 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3753 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3754 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3755 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3758 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3759 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3760 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3763 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3764 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3765 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3766 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3767 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3768 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3769 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3770 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3771 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3772 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3775 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3776 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3777 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3778 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3779 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3780 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3782 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3783 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3784 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3785 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3786 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3787 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3788 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3789 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3790 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3791 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3792 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3793 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3794 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3795 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3796 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3800 \section{Funzioni avanzate}
3801 \label{sec:file_stream_adv_func}
3803 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3804 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3805 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3806 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3807 programmazione \textit{multi-thread}.
3810 \subsection{Le funzioni di controllo}
3811 \label{sec:file_stream_cntrl}
3813 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3814 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3815 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3816 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3817 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3821 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3822 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3825 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3826 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3827 se \param{stream} non è valido.}
3830 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3831 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3832 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3833 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. Le
3834 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3835 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3837 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3838 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3839 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3840 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3841 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3842 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3843 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3847 \fhead{stdio\_ext.h}
3848 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3849 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3850 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3851 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3854 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3855 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3858 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3860 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3861 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3862 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3863 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3866 \fhead{stdio\_ext.h}
3867 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3868 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3869 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3870 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3873 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3874 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3877 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3878 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3879 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3880 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3883 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3884 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3885 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3886 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3887 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3888 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3891 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3892 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3894 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3895 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3896 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3897 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3898 vengono allocati automaticamente.
3900 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3901 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3902 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3907 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3908 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3911 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3912 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3915 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3916 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3917 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3918 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3919 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3920 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3921 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3926 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3928 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3931 \constd{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3932 \constd{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3933 \constd{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3936 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3937 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3938 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3941 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3942 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3943 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3944 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3945 funzione, può anche essere usata una variabile automatica. In
3946 \headfile{stdio.h} è definita la costante \constd{BUFSIZ}, che indica le
3947 dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste vengono usate
3948 dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale dimensione
3949 corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda del
3952 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3953 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3954 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3955 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3956 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3957 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3958 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3959 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3961 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3962 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3963 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3964 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3965 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3966 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3967 vengono sempre ignorati.
3969 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3970 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3971 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3975 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3976 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3977 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3978 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3979 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3982 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
3986 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
3987 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
3988 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
3989 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
3990 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
3991 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
3992 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
3993 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
3994 portabilità su vecchi sistemi.
3996 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
3997 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
3998 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4002 \fhead{stdio\_ext.h}
4003 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4004 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4005 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4006 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4009 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4010 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4011 sono previste condizioni di errore.}
4014 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4015 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4016 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4020 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4021 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4024 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4025 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4026 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4030 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4031 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4032 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4034 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4036 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4037 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4038 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4039 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4040 \textit{line buffered}. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una
4041 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4045 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4046 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4047 modalità \textit{line buffered}.}
4050 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4053 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4054 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4055 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4056 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4058 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4059 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4063 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4064 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4067 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4070 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4071 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4072 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4075 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4076 \label{sec:file_stream_thread}
4080 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4081 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4082 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4083 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4084 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4087 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4088 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4089 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4090 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4091 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4092 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4093 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4095 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4096 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4097 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4098 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4099 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4100 \macrod{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4104 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4105 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4106 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4107 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4109 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4112 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4113 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4114 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4115 precedentemente acquisito.
4117 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4118 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4122 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4123 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4126 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4127 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4130 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4131 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4132 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4133 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4134 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4135 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4137 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4138 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4139 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4140 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4141 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4142 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4143 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4144 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4147 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4148 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4149 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4150 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4151 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4152 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4156 \fhead{stdio\_ext.h}
4157 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4158 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4161 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4162 previste condizioni di errore.}
4165 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4166 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4167 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4168 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4173 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4175 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4178 \constd{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4179 blocco implicito predefinito.\\
4180 \constd{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4181 dover gestire da solo il locking dello
4183 \constd{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4184 modalità di blocco dello
4188 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4189 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4190 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4193 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4194 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4195 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4196 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4198 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4204 %%% Local Variables:
4206 %%% TeX-master: "gapil"
4209 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4210 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4211 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4212 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4213 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4214 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4215 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4216 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4217 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4218 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4219 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4220 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4221 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4222 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4223 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4224 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4225 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4226 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4227 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4228 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4229 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4230 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4231 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4232 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4233 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4234 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4235 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4236 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4237 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4238 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4239 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4240 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4241 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4242 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4243 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4244 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4245 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4246 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4247 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4248 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4249 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4250 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4251 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4252 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4253 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4254 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE
4256 %%% Local Variables:
4258 %%% TeX-master: "gapil"