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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
18 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
19 funzionalità evolute 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 \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
33 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
34 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
35 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
36 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
37 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
38 modalità con cui 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 \itindex{inode}
55 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
56 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
57 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
58 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
59 comunicazione 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 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
68 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
69 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
70 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
71 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
72 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
73 \itindex{file~table} \textit{file table}.
75 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
76 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
77 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
78 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
79 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
80 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
81 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
82 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
83 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
86 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
87 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
88 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
89 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
90 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
91 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
92 gestione dei file, ed in particolare:
94 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
96 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
98 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
99 \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
100 realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
101 a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
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 \itindex{file~table} \textit{file table}, la
119 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
120 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
122 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
123 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
124 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
127 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
128 \item il numero di file aperti dal processo.
129 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
130 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
131 \itindex{file~table} \textit{file table}.
134 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
135 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
136 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
137 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
138 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
139 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
140 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
141 operazioni necessarie.
143 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
144 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
145 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
146 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
148 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
149 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
150 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
151 valori 0, 1 e 2. Il primo file è sempre associato al cosiddetto
152 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
153 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
154 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
155 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
156 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
157 dati relativi agli errori.
159 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
160 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
161 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
162 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
163 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
164 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
165 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
170 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
172 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
175 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
176 \itindex{standard~input} \textit{standard
178 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
179 \itindex{standard~output} \textit{standard
181 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
185 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
186 \label{tab:file_std_files}
189 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
190 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
191 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
192 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
193 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
194 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
195 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
196 file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
197 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
198 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
199 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
200 più volte lo stesso file.
202 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
203 table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
204 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
205 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
206 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
207 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
208 table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
209 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
211 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
212 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
213 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
214 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
215 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
216 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
217 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
222 \label{sec:file_open_close}
224 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
225 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
226 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
227 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
228 nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
229 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
236 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
238 \fdesc{Apre un file.}
241 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
242 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
244 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
245 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
246 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
247 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
248 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
249 l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
250 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
251 standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
252 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
253 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
254 \param{pathname} è un collegamento simbolico.
255 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
256 dispositivo che non esiste.
257 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
258 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente.
259 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
260 \param{pathname} non è una directory.
261 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
262 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
263 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
265 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
266 amministratori né proprietari del file.
267 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
268 di un programma in esecuzione.
269 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
270 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
272 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
273 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
274 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
277 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
278 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
279 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
280 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
281 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
282 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
283 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
284 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
285 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
287 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
288 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
289 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
290 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
291 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
292 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
293 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
294 input} dato che avrà il file descriptor 0.
296 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
297 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
298 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
299 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
300 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
301 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
302 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
303 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
304 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
306 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
307 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
308 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
309 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
310 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
311 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
312 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
313 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
315 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
316 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
317 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
318 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
319 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
320 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
322 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
323 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
324 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
325 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
326 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
327 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
332 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
334 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
337 \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
338 \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
339 \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
342 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
343 nell'apertura di un file.}
344 \label{tab:open_access_mode_flag}
347 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
348 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
349 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
350 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
351 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
352 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
353 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
354 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
355 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
356 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
357 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
358 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
359 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
361 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
362 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
363 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
364 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
365 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
366 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
367 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
368 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
369 definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
370 \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
371 un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
372 alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
374 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
375 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
376 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
377 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
378 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
379 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
380 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
381 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
382 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
383 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
384 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
389 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
391 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
394 \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
395 di titolarità del file viste in
396 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
397 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
398 essere sempre specificato.\\
399 \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
400 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
401 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
402 serve ad evitare dei possibili
403 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
404 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
405 viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
406 associato ad una unità a nastri. Non viene
407 usato al di fuori dell'implementazione di
408 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
409 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
410 \const{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
411 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
412 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
413 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
414 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
415 \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
416 l'apertura di file molto grandi, la cui
417 dimensione non è rappresentabile con la versione a
418 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
419 l'interfaccia alternativa abilitata con la
420 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
421 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
422 sempre preferibile usare la conversione automatica
423 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
424 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
426 \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
427 di terminale, questo non diventerà il terminale di
428 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
429 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
430 \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
431 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
432 aggiunta in Linux a partire dal kernel
433 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
434 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
435 \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
436 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
437 una fifo viene ignorato, negli altri casi il
438 comportamento non è specificato.\\
441 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
443 \label{tab:open_time_flag}
447 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
448 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
449 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
450 % https://lwn.net/Articles/558598/
452 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
453 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
454 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
455 bloccato nelle risposte all'attacco.}
457 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
458 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
459 flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
460 \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
461 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
462 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
463 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
464 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
465 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
466 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
467 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
468 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
469 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
470 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
471 file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
472 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
473 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
474 lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
476 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
477 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
478 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
479 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
480 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
481 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
482 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
483 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
484 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
485 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
486 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
491 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
493 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
496 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
497 \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
498 sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
499 sulla sua coda, per cui quanto si scrive
500 viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
501 NFS questa funzionalità non è supportata
502 e viene emulata, per questo possono verificarsi
503 \itindex{race~condition} \textit{race
504 condition} con una sovrapposizione dei dati se
505 più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
506 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
507 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
508 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
509 tutte le volte che il file è pronto per le
510 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
511 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
512 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
513 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
514 in fase di apertura del file, deve
515 invece essere attivato successivamente con
517 \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
518 \textit{close-on-exec} (vedi
519 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
520 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
521 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
522 \itindex{race~condition} \textit{race condition}
523 che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
524 fra l'apertura del file e l'impostazione della
525 suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
526 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
527 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
528 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
529 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
530 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
531 utilizzabile soltanto se si è definita la
532 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
533 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
534 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
535 molti filesystem questa funzionalità non è
536 disponibile per il singolo file ma come opzione
537 generale da specificare in fase di
538 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
539 utilizzabile soltanto se si è definita la
540 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
541 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
542 le operazioni di I/O (vedi
543 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
544 il fallimento delle successive operazioni di
545 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
546 per la loro esecuzione immediata, invece del
547 blocco delle stesse in attesa di una successiva
548 possibilità di esecuzione come avviene
549 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
550 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
551 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
552 una \func{ioctl} (vedi
553 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
554 \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
555 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
556 una \func{read} con un valore nullo e non con un
557 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
558 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
559 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
560 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
561 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
562 scrittura si bloccherà fino alla conferma
563 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
564 sull'hardware sottostante (in questo significato
565 solo dal kernel 2.6.33).\\
566 \const{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
567 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
568 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
569 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
570 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
573 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
575 \label{tab:open_operation_flag}
578 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
579 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
580 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
581 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
582 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
583 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
584 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
585 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
586 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
587 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
588 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
589 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
591 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
592 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
593 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
594 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
595 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
596 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
597 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
598 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
599 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
600 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
602 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
603 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
604 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
605 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
606 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
607 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
608 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
609 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
610 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
613 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
614 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
615 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
616 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
617 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
618 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
619 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
620 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
621 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
622 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
624 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
625 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
626 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
627 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
628 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
629 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
630 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
631 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
633 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
634 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
635 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
636 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
638 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
639 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
640 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
641 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
642 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
643 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
644 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
645 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
646 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
647 sincronizzazione non sia completata.
649 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
650 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
651 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
652 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
653 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
654 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
655 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
656 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
657 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
658 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
659 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
661 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
662 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
664 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
665 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
666 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
667 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
668 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
672 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
673 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
676 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
677 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
681 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
682 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
683 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
686 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
687 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
688 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
689 disponibile; il suo prototipo è:
693 \fdecl{int close(int fd)}
694 \fdesc{Chiude un file.}
697 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
698 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
700 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
701 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
703 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
706 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
707 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
708 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
709 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
710 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
711 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
712 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
713 su disco quest'ultimo viene cancellato.
715 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
716 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
717 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
718 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
719 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
720 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
721 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
722 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
723 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
724 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
725 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
727 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
728 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
729 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
730 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
731 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
732 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
733 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
734 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
735 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
738 \subsection{La gestione della posizione nel file}
739 \label{sec:file_lseek}
741 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
742 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
743 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
744 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
745 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
746 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
748 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
749 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
750 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
751 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
756 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
757 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
760 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
761 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
763 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
764 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
766 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
768 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
771 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
772 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
773 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
774 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
775 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
776 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
777 \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
778 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
779 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
780 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
781 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
782 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
787 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
789 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
792 \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
793 deve essere positivo, di \param{offset} indica
794 direttamente la nuova posizione corrente.\\
795 \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
796 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
797 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
799 \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
800 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
801 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
804 \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
805 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
806 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
808 \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
809 \textit{hole} nel file che segue o inizia
810 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
811 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
812 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
813 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
816 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
817 \label{tab:lseek_whence_values}
821 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
822 % http://lwn.net/Articles/439623/
824 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
825 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
826 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
827 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
828 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
829 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
831 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
832 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
833 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
834 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
835 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
836 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
837 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
838 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
839 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
841 \itindbeg{sparse~file}
843 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
844 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
845 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
846 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
847 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
848 file. Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
849 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
850 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
851 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
852 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
854 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
855 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
856 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
857 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
858 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
859 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
860 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
861 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
862 quella parte del file.
864 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
865 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
866 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
867 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
868 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
869 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
870 effettivamente allocati per il file.
872 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
873 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
874 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
875 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
876 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
877 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
878 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
879 sez.~\ref{sec:file_stat}.
881 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
882 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
883 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
884 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
885 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
886 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
887 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
888 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
889 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
892 \itindend{sparse~file}
894 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
895 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
896 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
897 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
898 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
899 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
900 file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
901 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
902 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
903 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
904 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
905 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
908 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
909 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
910 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
911 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
912 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
913 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
914 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
915 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
916 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
920 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
921 \label{sec:file_read}
923 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
924 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
929 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
930 \fdesc{Legge i dati da un file.}
933 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
934 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
936 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
937 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
938 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
939 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
940 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
941 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
942 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
944 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
945 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
947 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
948 significato generico.}
951 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
952 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
953 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
954 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
955 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
956 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
957 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
958 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
960 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
961 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
962 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
963 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
964 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
965 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
966 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
967 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
968 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
970 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
971 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
972 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
973 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
974 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
975 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
976 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
977 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
979 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
980 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
981 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
982 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
983 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
984 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
985 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
987 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
988 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
989 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
990 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
991 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
992 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
993 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
994 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
995 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
996 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
997 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
998 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
999 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1000 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1001 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1003 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1004 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1005 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1006 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1007 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1008 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1009 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1010 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1011 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1012 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1016 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1017 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1020 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1021 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1022 \func{read} e \func{lseek}.}
1025 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1026 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1027 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1028 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1029 modificare la posizione corrente.
1031 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1032 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1033 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1034 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1035 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1036 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1038 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1039 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1040 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1042 #define _XOPEN_SOURCE 500
1044 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1045 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1049 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1050 \label{sec:file_write}
1052 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1053 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1058 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1059 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1062 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1063 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1065 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1066 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1067 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1068 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1069 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1070 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1071 potuto scrivere qualsiasi dato.
1072 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1073 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1074 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1075 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1076 \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1077 funzione ritorna questo errore.
1079 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1080 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1084 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1085 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1086 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1087 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1088 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1089 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1090 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1091 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1093 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1094 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1095 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1096 stesso comportamento di \func{read}.
1098 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1099 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1100 nel file, il suo prototipo è:
1104 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1105 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1108 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1109 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1110 \func{write} e \func{lseek}.}
1113 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1116 \section{Caratteristiche avanzate}
1117 \label{sec:file_adv_func}
1119 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1120 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1121 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1122 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1123 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1126 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1127 \label{sec:file_shared_access}
1129 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1130 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1131 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1132 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1133 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1136 \begin{figure}[!htb]
1138 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1139 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1141 \label{fig:file_mult_acc}
1144 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1145 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1146 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1147 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1148 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1149 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1150 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1152 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1153 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1154 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1155 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1156 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1159 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1160 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1161 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1162 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1163 della struttura \kstruct{inode}.
1164 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1165 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1166 prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1167 \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1168 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1169 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1170 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1171 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1172 dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1175 \begin{figure}[!htb]
1177 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1178 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1179 \label{fig:file_acc_child}
1182 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1183 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1184 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1185 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1186 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1187 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1188 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1189 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1191 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1192 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1193 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1194 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1195 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1196 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1197 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1198 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1199 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1200 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1201 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1202 figlio che occorre tenere presente.
1204 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1205 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1206 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1207 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1208 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1209 table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1210 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1211 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1212 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1213 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1214 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1216 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1217 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1218 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1219 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1220 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1221 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1222 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1223 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1225 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1226 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1227 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1228 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1229 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1230 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1231 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1232 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1233 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1235 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1236 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1237 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1238 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1239 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1240 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1241 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1242 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1243 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1244 del secondo processo.
1246 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1247 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1248 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1249 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1250 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1251 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1252 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1253 effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene
1254 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1255 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1258 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1259 \label{sec:file_dup}
1261 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1262 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1263 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1264 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1269 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1270 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1273 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1274 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1276 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1277 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1283 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1284 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1285 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1286 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1287 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1288 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1289 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1290 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1291 da cui il nome della funzione.
1293 \begin{figure}[!htb]
1294 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1295 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1296 \label{fig:file_dup}
1299 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1300 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1301 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1302 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1303 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1304 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1305 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento.
1307 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1308 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1309 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1310 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1311 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1312 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1313 restituito come copia.
1315 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1316 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1317 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1318 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1319 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1320 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe).
1322 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1323 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1324 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1325 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1326 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1327 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1328 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1329 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1330 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1331 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1332 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1334 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1335 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1336 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1337 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1338 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1339 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1340 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1344 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1345 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1348 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1349 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1351 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1352 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1353 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1354 \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1355 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1356 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1362 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1363 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1364 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1365 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1366 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1367 e si limita a restituire \param{newfd}.
1369 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1370 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1371 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1372 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1373 condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1374 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1375 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1376 descriptor diverso da quello voluto.
1378 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1379 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1380 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1381 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1382 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1383 condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1384 indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1385 descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1386 standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1387 \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1388 condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1389 ritentare l'operazione.
1391 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1392 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1393 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1394 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1395 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1396 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1397 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1398 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1399 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1400 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1401 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1403 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1404 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1405 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1406 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1407 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1411 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1412 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1415 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1416 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1417 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1418 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1422 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1423 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1424 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1425 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1426 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1430 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1431 \label{sec:file_sync}
1433 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1434 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1435 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1436 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1439 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1440 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1441 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1442 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1443 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1444 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1448 \fdecl{void sync(void)}
1449 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1452 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1455 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1456 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1457 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1458 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1459 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1460 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1461 scrittura effettiva.
1463 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1464 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1465 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1466 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1467 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1468 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1469 comportamento può essere controllato attraverso il file
1470 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1471 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1472 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1473 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1474 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1475 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1476 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1478 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1479 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1480 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1485 \fdecl{int fsync(int fd)}
1486 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1487 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1488 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1491 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1492 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1494 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1495 che non supporta la sincronizzazione.
1497 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1498 significato generico.}
1501 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1502 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1503 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1504 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1505 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1506 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1507 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1508 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1509 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1510 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima
1511 modifica ed ultimo accesso.
1513 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1514 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1515 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1516 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1517 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1518 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1519 automatica delle voci delle directory.}
1521 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1522 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1523 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1524 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1525 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1528 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1529 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1530 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1531 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1532 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1537 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1538 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1542 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1543 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1545 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1550 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1551 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1552 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1555 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1556 \label{sec:file_openat}
1558 \itindbeg{at-functions}
1560 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1561 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1562 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1563 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1564 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1565 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1566 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1567 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1568 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1569 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1571 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1572 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1573 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1574 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1575 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1576 directory di lavoro.
1578 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1579 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1580 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1581 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1582 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1583 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1584 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1585 proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1586 corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1587 dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1588 pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1589 filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1590 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1591 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1592 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino ad
1593 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1594 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1595 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1597 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1598 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1599 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1600 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1601 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1602 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1603 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1605 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1606 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1607 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1608 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1609 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1610 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1611 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1614 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1615 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1616 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1617 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1618 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1622 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1623 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1624 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1628 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1629 \func{open}, ed in più:
1631 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1632 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1633 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1638 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1639 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1640 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1641 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1642 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1643 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1644 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1645 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1646 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1647 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1648 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1649 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1651 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1652 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1653 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1654 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1655 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1656 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1657 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1658 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1663 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1665 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1668 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1669 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1670 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1671 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1672 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1673 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1674 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1675 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1676 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1677 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1678 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1679 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1680 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1681 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1684 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1685 corrispettive funzioni classiche.}
1686 \label{tab:file_atfunc_corr}
1689 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1690 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1692 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1693 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1694 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1695 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1696 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1697 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1698 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1699 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1700 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1703 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/562488/
1706 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1707 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1708 % http://lwn.net/Articles/569134/
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 \itindsub{pathname}{relativo}
1738 \textit{pathname} relativo, 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 \itindsub{pathname}{relativo}
1767 \textit{pathname} relativo, 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 \itindsub{pathname}{relativo}
1800 \textit{pathname} relativo, 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 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1841 dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1842 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1843 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1844 (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1845 \const{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1846 il controllo dei permessi sia fatto usando
1847 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1849 \const{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1850 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1851 invece che come \func{unlink}.\\
1854 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1855 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1856 \label{tab:at-functions_constant_values}
1860 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1861 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1862 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1863 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1864 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1865 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1866 precisione fino al nanosecondo.
1868 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1870 \itindend{at-functions}
1872 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1873 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1874 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1877 \subsection{Le operazioni di controllo}
1878 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1880 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1881 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1882 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1883 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1884 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1886 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1887 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1888 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1889 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1890 il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1891 sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1896 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1897 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1898 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1899 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1900 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1903 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1904 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1905 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1906 l'unico valido in generale è:
1908 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1913 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1914 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1915 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1916 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1917 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1918 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1919 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1920 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1922 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1923 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1924 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1925 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1926 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1927 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1928 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1929 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1930 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1931 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1932 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1933 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1934 descrittori consentito.
1936 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1937 in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1938 file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1939 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1940 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1941 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1942 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1944 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1945 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1946 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1947 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1948 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1949 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1950 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1951 nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1953 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1954 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1955 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1956 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1957 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1958 \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1959 vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1960 3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1961 file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1963 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1964 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1965 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1966 comando permette di rileggere il valore di quei bit
1967 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1968 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1969 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1970 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1971 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1972 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1973 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1974 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
1976 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1977 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1978 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1979 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1980 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1981 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1982 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1983 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1984 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1985 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1986 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1988 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1989 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1990 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1991 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1992 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1993 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1995 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1996 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
1997 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
1998 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
1999 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2001 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2002 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2003 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2004 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2005 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2007 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2008 processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2009 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2010 \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2011 \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2012 descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2013 urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2014 in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2015 errori diversi da \errval{EBADF}.
2017 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2018 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2019 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2020 \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2021 problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2022 compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2023 viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2024 dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2025 (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2026 \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2027 di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2028 mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2029 \var{errno}, cambiato di segno.
2031 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2032 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2033 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2034 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2035 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2036 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2037 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2038 non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2039 \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2040 generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2041 comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2042 della \acr{glibc} e del kernel.
2044 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2045 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2046 group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2047 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2048 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2049 possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2050 \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2052 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2053 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2054 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2055 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2056 per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2057 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2058 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2060 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2061 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2062 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2063 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2064 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2065 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2066 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2067 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2068 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2069 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2070 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2071 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2072 interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2073 \itindex{process~group} \textit{process group}.
2075 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2076 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2077 \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2078 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2079 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2080 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2081 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2082 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2084 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2085 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2086 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2087 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2088 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2089 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2090 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2091 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2093 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2094 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2095 del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2096 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2097 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2098 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2099 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2100 un tipo di identificatore valido.
2102 \begin{figure}[!htb]
2103 \footnotesize \centering
2104 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2105 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2108 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2109 \label{fig:f_owner_ex}
2112 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2113 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2114 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2115 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2116 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2117 \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2118 \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2119 che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2120 \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2121 \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2122 \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2123 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2124 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2125 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2127 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2128 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2129 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2130 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2131 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2132 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2133 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2134 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2135 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2137 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2138 asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2139 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2140 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2141 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2142 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2143 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2144 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2145 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2146 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2148 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2149 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2150 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2151 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2152 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2153 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2154 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2155 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2156 accumulati in una coda prima della notifica.
2158 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2159 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2160 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2161 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il comando è
2162 specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2163 \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2164 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2166 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2167 di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2168 descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2169 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2170 \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2171 valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2172 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2173 sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2174 il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2175 amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2176 \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2178 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2179 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2180 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2181 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2182 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2183 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2184 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2186 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2187 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2188 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2189 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2190 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2191 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2192 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2193 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2194 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2196 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2197 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2198 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2199 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2200 restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2201 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2202 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2204 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2205 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2206 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2207 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2208 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2209 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2210 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2211 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2212 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2213 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2214 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2215 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2216 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2217 precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2218 \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2219 superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}. Il comando è
2220 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2221 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2225 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2226 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2227 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2228 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2229 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2230 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2231 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2232 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2233 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2235 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2236 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2237 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2238 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2239 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2240 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2241 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2242 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2245 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2246 % \label{sec:file_ioctl}
2248 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2249 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2250 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2251 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2252 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2253 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2254 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2255 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2257 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2258 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2259 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2263 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2264 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2267 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2268 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2269 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2272 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2274 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2275 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2276 riferimento \param{fd}.
2278 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2282 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2283 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2284 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2285 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2286 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2287 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2288 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2289 omesso, e per altre è un semplice intero.
2291 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2292 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2293 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2294 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2295 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2297 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2298 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2299 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2301 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2302 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2303 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2304 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2305 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2306 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2308 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2309 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2310 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2311 successivi (come ext3).}
2314 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2315 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2316 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2317 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2318 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2319 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2320 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2321 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2322 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2323 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2324 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2325 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2326 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2327 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2328 imprevedibili o indesiderati.
2330 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2331 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2332 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2333 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2334 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2335 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2336 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2338 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2339 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2340 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2341 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2342 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2343 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2344 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2345 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2346 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2347 eventuale valore viene ignorato.
2348 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2349 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2350 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2351 eventuale valore viene ignorato.
2352 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2353 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2354 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2355 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2357 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2358 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2359 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2360 disabilita, un valore non nullo abilita).
2361 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2362 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2363 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2364 valore specifica il PID del processo.
2365 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2366 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2367 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2368 scritto il PID del processo.
2369 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2370 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2371 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2372 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2373 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2374 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2375 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2376 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2377 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2378 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2381 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2382 % http://lwn.net/Articles/429345/
2384 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2385 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2386 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2387 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2388 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2389 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2390 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2391 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2392 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2393 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2394 due funzioni sono rimaste.
2396 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2397 % (bassa/bassissima priorità)
2398 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2399 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2403 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2404 \label{sec:files_std_interface}
2407 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2408 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2409 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2411 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2412 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2413 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2414 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2415 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2416 delle \acr{glibc} per la gestione dei file.
2418 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2419 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2420 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2421 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2424 \subsection{I \textit{file stream}}
2425 \label{sec:file_stream}
2427 \itindbeg{file~stream}
2429 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2430 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2431 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2433 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2434 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2435 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2436 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2437 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2438 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2439 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2441 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2442 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2443 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2444 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2445 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2446 all'ottenimento della massima efficienza.
2448 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2449 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2450 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2451 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2452 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2453 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2455 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2456 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2457 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2458 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2459 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2460 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2463 \itindend{file~stream}
2465 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2466 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2467 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2468 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2469 indicatori di stato e di fine del file.
2471 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2472 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2473 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2474 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2475 sinonimo di \textit{stream}. Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2476 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2477 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2479 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2480 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2481 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2482 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2483 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2485 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2486 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2487 cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2488 in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2489 prende i caratteri dalla tastiera.
2490 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2491 output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2492 ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2493 all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2494 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} \textit{standard error}
2495 cioè il \textit{file stream} su cui il processo è supposto inviare i
2496 messaggi di errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output
2497 del terminale e scrive sullo schermo.
2500 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2501 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2502 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2503 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2504 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2505 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2506 usare la funzione \func{freopen}.
2509 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2510 \label{sec:file_buffering}
2512 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2513 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2514 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2515 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2516 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2517 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2520 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2521 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2522 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2523 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2524 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2525 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2526 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2527 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2528 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2529 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2530 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2532 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2533 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2534 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2535 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2536 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2537 input/output sul terminale.
2539 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2540 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2541 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2543 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2544 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2545 (effettuando immediatamente una \func{write});
2546 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2547 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2548 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2549 quando si preme invio);
2550 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2551 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2554 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2555 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2556 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2557 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2558 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 \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2564 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2565 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2566 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2568 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2569 input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2570 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2571 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2572 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
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 stream\textit{} 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 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2664 posto in sola scrittura.\\
2665 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2666 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2667 posto in lettura e scrittura.\\
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 \itindex{umask} \textit{umask}
2713 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2714 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2715 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2716 alcuna 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
2875 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2876 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2877 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2878 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2881 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2882 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2883 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2884 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2885 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2886 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2887 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2888 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2889 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2890 l'offset rispetto al record corrente.
2892 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2893 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2894 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2895 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2896 rispettivi prototipi sono:
2900 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2901 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
2902 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2903 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
2906 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2907 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2908 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2911 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2912 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2913 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2914 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2915 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
2916 successo e -1 in caso di errore.
2918 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2919 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2920 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2921 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2923 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2924 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2928 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
2929 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
2932 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2933 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2936 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2939 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2940 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2941 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2942 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2943 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2944 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2948 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2949 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
2950 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2951 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
2954 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2955 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2958 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2959 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2960 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2961 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2962 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2963 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2964 sistemi più moderni.
2966 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2970 \subsection{Input/output binario}
2971 \label{sec:file_binary_io}
2973 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2974 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2975 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2976 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2977 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2978 i rispettivi prototipi sono:
2982 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2983 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2984 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2986 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2989 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2990 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2994 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2995 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2996 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2997 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2998 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3000 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3001 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3002 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3003 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3004 si avrà allora una chiamata tipo:
3005 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3006 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3009 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3010 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3011 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3012 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3014 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3015 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3016 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3017 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3018 corrispondente alla quantità di dati letti).
3020 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3021 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3022 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3023 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3024 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3027 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3028 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3029 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3030 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3031 stesso programma che li ha prodotti.
3033 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3034 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3035 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3036 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3037 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3038 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3039 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3040 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3042 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3043 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3044 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3045 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3046 eventuali differenze.
3048 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3049 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3050 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3051 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3052 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3056 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3057 nmemb, FILE *stream)}
3058 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3059 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3060 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3061 implicito sullo stesso.}
3064 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3068 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3071 \subsection{Input/output a caratteri}
3072 \label{sec:file_char_io}
3074 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3075 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3076 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3077 rispettivi prototipi sono:
3081 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3082 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3083 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3084 \fdecl{int getchar(void)}
3085 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.}
3088 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3089 errore o se si arriva alla fine del file.}
3092 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3093 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3094 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3095 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3098 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3099 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3100 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3101 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3102 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3103 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3104 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3105 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3107 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3108 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3109 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3110 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3111 precedenza nel tipo di argomento).
3113 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3114 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3115 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3116 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3118 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3119 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3120 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3121 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3127 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3128 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3129 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3130 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3131 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3135 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3136 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3139 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3140 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3141 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3142 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3144 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3145 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3146 loro prototipi sono:
3150 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3151 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3152 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3153 \fdecl{int putchar(int c)}
3154 \fdesc{Scrive un byte sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3158 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3159 \val{EOF} per un errore.}
3162 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3163 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3164 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3165 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3166 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3167 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3168 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3169 ritorno è \val{EOF}.
3171 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3172 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3173 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3174 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3175 il lock implicito dello \textit{stream}.
3177 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3178 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3179 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3183 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3184 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3185 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3186 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3189 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3190 \val{EOF} per un errore.}
3193 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3194 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3195 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3196 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3198 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3199 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3200 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3201 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3202 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3205 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3206 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3207 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3208 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3212 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3213 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3216 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3220 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3221 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3222 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3223 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3224 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3225 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3227 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3228 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3229 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3230 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3231 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3232 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3234 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3235 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3236 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3238 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3239 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3240 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3241 rimandati indietro vengono scartati.
3244 \subsection{Input/output di linea}
3245 \label{sec:file_line_io}
3247 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3248 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3249 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3250 caratteristiche più controverse.
3252 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3253 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3258 \fdecl{char *gets(char *string)}
3259 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3260 \textit{standard input}.}
3261 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3262 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3265 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3266 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3269 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3270 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3271 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3272 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3273 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3274 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3275 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3276 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3277 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3278 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3280 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3281 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3282 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3283 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3284 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3285 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3286 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3287 molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3289 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3290 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3291 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3292 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3293 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3294 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3295 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3296 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3298 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3299 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3300 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3301 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3302 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3303 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3304 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3305 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3308 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3309 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3310 rispettivi prototipi sono:
3314 \fdecl{int puts(char *string)}
3315 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \itindex{standard~output}
3316 \textit{standard output}.}
3317 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3318 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3321 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3325 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3326 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3327 output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3328 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3329 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3330 messaggi sullo \itindex{standard~output} \textit{standard output}; la funzione
3331 prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il
3332 ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di
3333 specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge
3334 il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3336 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3337 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3338 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3339 loro prototipi sono:
3343 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3344 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3345 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3346 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3349 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3350 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3355 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3356 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3357 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3358 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3359 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3360 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3361 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3363 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3364 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3365 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3366 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3367 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3368 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3369 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3371 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3372 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3373 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3374 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3375 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3376 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3377 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3378 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3379 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3380 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3382 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3383 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3384 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3385 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3386 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3387 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3388 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3392 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3393 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3396 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3397 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3400 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3401 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3402 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3403 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3406 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3407 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3408 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3409 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3410 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3411 dimensioni del buffer suddetto.
3413 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3414 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3415 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3416 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3417 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3418 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3419 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3421 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3422 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3423 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3424 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3426 \includecodesnip{listati/getline.c}
3427 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3428 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3431 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3432 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3433 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3434 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3435 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3436 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3439 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3440 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3441 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3442 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3446 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3447 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3451 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3455 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3456 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3457 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3458 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3459 dell'argomento \param{delim}.
3462 \subsection{Input/output formattato}
3463 \label{sec:file_formatted_io}
3465 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3466 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3467 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3468 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3470 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3471 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3472 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3476 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3477 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3478 \textit{standard output}.}
3479 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3480 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3481 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3482 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3485 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3486 valore negativo per un errore.}
3490 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3491 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3492 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3494 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3495 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3496 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3497 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3498 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3499 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3500 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3501 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3505 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3506 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3509 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3513 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3514 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3515 non possa essere sovrascritto.
3520 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3522 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3525 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3527 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3528 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3529 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3530 decimale senza segno.\\
3532 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3533 rispettivamente con lettere minuscole e
3535 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3536 notazione a virgola fissa.\\
3538 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3539 notazione esponenziale, rispettivamente con
3540 lettere minuscole e maiuscole.\\
3542 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3543 notazione più appropriate delle due precedenti,
3544 rispettivamente con lettere minuscole e
3547 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3548 notazione esadecimale frazionaria.\\
3549 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3550 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3551 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3552 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3553 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3556 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3557 stringa di formato di \func{printf}.}
3558 \label{tab:file_format_spec}
3561 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3562 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3563 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3564 si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic}
3565 \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende
3566 appunto da quello che si è specificato in \param{format}.
3568 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3569 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati all'output, e da direttive di
3570 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3571 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3572 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3574 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3575 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3576 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3578 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3580 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3581 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3582 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3583 specificati in questo ordine:
3585 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3587 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3588 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3590 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3591 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3592 (un altro numero decimale),
3593 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3594 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3600 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3602 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3605 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3606 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3607 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3608 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3610 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3613 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3614 \label{tab:file_format_flag}
3617 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3618 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3619 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3624 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3626 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3629 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3630 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3632 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3633 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3634 è di tipo \ctyp{short}.\\
3635 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3636 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3637 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3638 sono in formato esteso.\\
3639 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3640 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3641 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3642 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3644 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3645 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o
3646 \type{uintmax\_t}.\\
3647 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o
3649 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3652 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3653 \label{tab:file_format_type}
3656 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3657 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3658 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3659 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3663 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3664 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3665 \textit{standard output}.}
3666 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3667 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3668 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3669 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3672 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3673 valore negativo per un errore.}
3676 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3677 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3678 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3679 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3680 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3681 l'esecuzione della funzione l'argomento
3682 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3683 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3685 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3686 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3687 scritti sulla stringa di destinazione:
3691 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3692 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3695 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3699 \noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer
3703 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3704 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3705 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3706 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3711 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3712 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3713 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3716 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3721 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3722 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3723 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3724 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3725 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3726 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3727 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3730 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3732 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3733 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3734 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3735 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3736 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3737 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3739 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3740 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3741 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3742 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3746 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3747 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \itindex{standard~input}
3748 \textit{standard input}.}
3749 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3750 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3751 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3752 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3755 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3756 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3759 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3760 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3761 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3762 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3763 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3764 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3765 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3766 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3767 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3770 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3771 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3772 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3775 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3776 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3777 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3778 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3779 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3780 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3781 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3782 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3783 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3784 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3787 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3788 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3789 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3790 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3791 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3792 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3794 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3795 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3796 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3797 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3798 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3799 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3800 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3801 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3802 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3803 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3804 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3805 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3806 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3807 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3808 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3812 \section{Funzioni avanzate}
3813 \label{sec:file_stream_adv_func}
3815 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3816 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3817 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3818 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3819 programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3822 \subsection{Le funzioni di controllo}
3823 \label{sec:file_stream_cntrl}
3825 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3826 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3827 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3828 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3829 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3833 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3834 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3837 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3838 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3839 se \param{stream} non è valido.}
3842 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3843 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3844 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3845 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. Le
3846 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3847 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3849 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3850 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3851 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3852 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3853 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3854 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3855 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3859 \fhead{stdio\_ext.h}
3860 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3861 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3862 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3863 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3866 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3867 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3870 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3872 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3873 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3874 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3875 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3878 \fhead{stdio\_ext.h}
3879 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3880 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3881 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3882 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3885 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3886 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3889 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3890 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3891 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3892 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3895 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3896 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3897 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3898 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3899 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3900 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3903 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3904 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3906 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3907 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3908 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3909 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3910 vengono allocati automaticamente.
3912 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3913 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3914 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3919 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3920 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3923 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3924 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3927 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3928 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3929 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3930 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3931 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3932 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3933 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3938 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3940 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3943 \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3944 \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3945 \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3948 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3949 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3950 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3953 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3954 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3955 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3956 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3957 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3958 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3959 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste
3960 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale
3961 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3964 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3965 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3966 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3967 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3968 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3969 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3970 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3971 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3973 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3974 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3975 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3976 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3977 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3978 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3979 vengono sempre ignorati.
3981 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3982 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3983 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3987 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3988 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3989 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3990 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3991 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3994 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
3998 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
3999 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4000 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4001 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4002 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4003 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4004 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4005 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4006 portabilità su vecchi sistemi.
4008 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
4009 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4010 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4014 \fhead{stdio\_ext.h}
4015 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4016 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4017 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4018 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4021 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4022 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4023 sono previste condizioni di errore.}
4026 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4027 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4028 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4032 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4033 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4036 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4037 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4038 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4042 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4043 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4044 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4046 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4048 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4049 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4050 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4051 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4052 \textit{line buffered}. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una
4053 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4057 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4058 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4059 modalità \textit{line buffered}.}
4062 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4065 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4066 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4067 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4068 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4070 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4071 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4075 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4076 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4079 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4082 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4083 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4084 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4087 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4088 \label{sec:file_stream_thread}
4092 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4093 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4094 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4095 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4096 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4099 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4100 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4101 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4102 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4103 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4104 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4105 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4107 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4108 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4109 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4110 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4111 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4112 \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4116 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4117 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4118 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4119 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4121 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4124 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4125 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4126 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4127 precedentemente acquisito.
4129 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4130 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4134 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4135 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4138 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4139 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4142 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4143 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4144 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4145 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4146 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4147 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4149 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4150 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4151 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4152 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4153 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4154 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4155 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4156 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4159 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4160 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4161 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4162 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4163 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4164 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4168 \fhead{stdio\_ext.h}
4169 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4170 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4173 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4174 previste condizioni di errore.}
4177 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4178 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4179 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4180 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4185 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4187 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4190 \const{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4191 blocco implicito predefinito.\\
4192 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4193 dover gestire da solo il locking dello
4195 \const{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4196 modalità di blocco dello
4200 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4201 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4202 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4205 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4206 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4207 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4208 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4210 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4216 %%% Local Variables:
4218 %%% TeX-master: "gapil"
4221 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4222 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4223 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4224 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4225 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4226 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4227 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4228 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4229 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4230 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4231 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4232 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4233 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4234 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4235 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4236 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4237 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4238 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4239 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4240 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4241 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4242 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4243 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4244 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4245 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4246 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4247 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4248 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4249 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4250 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4251 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4252 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4253 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4254 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4255 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4256 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4257 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4258 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4259 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4260 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4261 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4262 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4263 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4264 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4265 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4266 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE
4268 %%% Local Variables:
4270 %%% TeX-master: "gapil"
projects / gapil.git / blob