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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 \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37 descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 \itindbeg{process~table}
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101 ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102 all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei file descriptor.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
122 \itindend{process~table}
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
149 \itindbeg{standard~input}
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2. Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160 error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
162 \itindend{file~descriptor}
165 Benché questa sia alla fine soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
166 totalità delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
178 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
181 \constd{STDIN\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard input}.\\
182 \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183 \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
186 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187 \label{tab:file_std_files}
190 \itindend{standard~input}
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \itindend{file~table}
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231 nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
241 \fdesc{Apre un file.}
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
247 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato \const{O\_CREAT} indicando un pathname
252 con caratteri non supportati dal filesystem sottostante o si è richiesto
253 \const{O\_TMPFILE} senza indicare \const{O\_WRONLY} o \const{O\_RDWR} o si
254 è usato \const{O\_DIRECT} per un filesystem che non lo supporta.
255 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e o si è
256 tentato un accesso che prevede la scrittura o si è usato
257 \const{O\_TMPFILE} con accesso che prevede la scrittura ma il kernel non
258 supporta la funzionalità.
259 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto, in genere
260 dovuto al fatto che si è compilata una applicazione a 32 bit senza
261 abilitare il supporto per le dimesioni a 64 bit; questo è il valore
262 restituito fino al kernel 2.6.23, coi successivi viene restituito
263 \errcode{EOVERFLOW} come richiesto da POSIX.1.
264 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
265 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
266 \param{pathname} è un collegamento simbolico (e non si è usato
268 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
269 dispositivo che non esiste.
270 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
271 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente, o si riferisce ad una
272 directory inesistente, si è usato \const{O\_TMPFILE} con accesso che
273 prevede la scrittura ma il kernel non supporta la funzionalità.
274 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
275 \param{pathname} non è una directory.
276 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
277 \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
278 nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
279 dispositivo è assente.
280 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
281 amministratori né proprietari del file.
282 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
283 di un programma in esecuzione.
284 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
285 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
287 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
288 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
289 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
292 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
293 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
294 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
295 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
296 essergli assegnati.\footnote{questo è possibile solo se si è usato in
297 \param{flags} uno fra \const{O\_CREATE} e \const{O\_TMPFILE}, in tutti gli
298 altri casi sarà ignorato.} I valori possibili sono gli stessi già visti in
299 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
300 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
301 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
302 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
304 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
305 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
306 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
307 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
308 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
309 input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
310 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
312 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
313 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
314 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
315 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
316 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
317 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
318 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
319 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
320 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
322 \itindbeg{file~status~flag}
324 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
325 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
326 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
327 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
328 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti \textit{file status
329 flags}), che vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura
330 \kstruct{file} che abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
332 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
333 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
334 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
335 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
336 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
337 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
339 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
340 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
341 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
342 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
343 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
344 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
349 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
351 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
354 \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
355 \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
356 \constd{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
359 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360 nell'apertura di un file.}
361 \label{tab:open_access_mode_flag}
364 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
365 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
366 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
367 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
368 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
369 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
370 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
371 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
372 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
373 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
374 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
375 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
376 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
378 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
379 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
380 flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
381 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
382 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
383 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
384 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
385 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
386 standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
387 di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
388 system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
389 comunque il caso di utilizzarle.}
391 \itindend{file~status~flag}
393 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
394 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
395 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
396 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
397 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
398 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
399 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
400 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
401 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
402 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
403 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
408 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
410 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
413 \constd{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
414 di titolarità del file viste in
415 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
416 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
417 essere sempre specificato.\\
418 \constd{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
419 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
420 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
421 serve ad evitare dei possibili
422 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
423 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
424 viene chiamata su una \textit{fifo} o su un
425 dispositivo associato ad una unità a nastri. Non
426 viene usato al di fuori dell'implementazione di
427 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
428 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
429 \constd{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
430 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
431 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
432 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
433 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
434 \constd{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
435 l'apertura di file molto grandi, la cui
436 dimensione non è rappresentabile con la versione a
437 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
438 l'interfaccia alternativa abilitata con la
439 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
440 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
441 sempre preferibile usare la conversione automatica
442 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
443 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
445 \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
446 di terminale, questo non diventerà il terminale di
447 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
448 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
449 \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
450 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
451 aggiunta in Linux a partire dal kernel
452 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
453 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
454 \const{O\_PATH} & Ottiene un file descriptor io cui uso è limitato
455 all'indicare una posizione sul filesystem o
456 eseguire operazioni che operano solo a livello del
457 file descriptor (e non di accesso al contenuto del
458 file). Introdotto con il kernel 2.6.39, è specifico
460 \const{O\_TMPFILE} & Consente di creare un file temporaneo anonimo, non
461 visibile con un pathname sul filesystem, ma
462 leggibile e scrivibile all'iterno del processo.
463 Introdotto con il kernel 3.11, è specifico di
465 \constd{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
466 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
467 una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi
468 il comportamento non è specificato.\\
471 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
473 \label{tab:open_time_flag}
476 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
477 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
478 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
479 bloccato nelle risposte all'attacco.}
481 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
482 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
483 flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
484 \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
485 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
486 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
487 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
488 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
489 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
491 Si tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da
492 NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene
493 emulata controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un
494 file di lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}, in tal caso
495 infatto un file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura
496 con \const{O\_CREAT}; la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
497 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
498 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
500 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
501 indefinito, escluso il caso in cui viene usato con uno dei due nuovi flag
502 \const{O\_PATH} o \const{O\_TMPFILE} su cui torneremo a breve. Nella
503 creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre specificare
504 l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga presente che
505 indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in seguito
506 potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene aperto
507 l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
508 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
509 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
510 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
511 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
512 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
514 Dei flag illustrati in tab.~\ref{tab:open_time_flag} due, specifici di Linux
515 ed introdotti solo con i kernel più recenti, meritano un approfondimento. Il
516 primo di questi è \constd{O\_PATH}, che viene usato per limitare l'uso del
517 file descriptor restituito da \func{open} o all'identificazione di una
518 posizione sul filesystem (ad uso delle \textit{at-functions} che tratteremo in
519 sez.~\ref{sec:file_openat}) o a operazioni che riguardano solo il file
520 descriptor; le sole funzioni con cui sarà possibile usare il file descriptor
525 \item \func{fchdir}, se il file descriptore fa riferimento a una directory
527 \item \func{fstat} (dal kernel 3.6).
528 \item \func{fstatfs} (dal kernel 3.12).
529 \item le funzioni che duplicano il file descriptor (vedi
530 sez.~\ref{sec:file_dup})
535 In realtà infatti usando \constd{O\_PATH} il file non viene effettivamente
536 aperto, per cui ogni tentativo di usare il file descriptor così ottenuto con
537 funzioni che operano effettivamente sul file (come ad esempio \func{read},
538 \func{write}, \func{fchown}, \func{fchmod}, \func{ioctl}, ecc.) fallirano con
539 un errore di \errval{EBADF} come se questo non fosse un file descriptor
544 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
545 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
546 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
547 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
553 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
555 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
558 \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
559 posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
560 viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
561 quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
562 precedente. Con NFS questa funzionalità non è
563 supportata e viene emulata, per questo possono
564 verificarsi \textit{race condition} con una
565 sovrapposizione dei dati se più di un processo
566 scrive allo stesso tempo.\\
567 \constd{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
568 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
569 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
570 tutte le volte che il file è pronto per le
571 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
572 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
573 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle
574 \textit{fifo}. Per un bug dell'implementazione non
575 è opportuno usarlo in fase di apertura del file,
576 deve invece essere attivato successivamente con
578 \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
579 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
580 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
581 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
582 \textit{race condition} che si potrebbe verificare
583 con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
584 l'impostazione della suddetta modalità con
586 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
587 \constd{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
588 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
589 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
590 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
591 utilizzabile soltanto se si è definita la
592 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
593 \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
594 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
595 molti filesystem questa funzionalità non è
596 disponibile per il singolo file ma come opzione
597 generale da specificare in fase di
598 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
599 utilizzabile soltanto se si è definita la
600 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
601 \constd{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
602 le operazioni di I/O (vedi
603 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
604 il fallimento delle successive operazioni di
605 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
606 per la loro esecuzione immediata, invece del
607 blocco delle stesse in attesa di una successiva
608 possibilità di esecuzione come avviene
609 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
610 \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}),
611 o quando si vuole aprire un file di dispositivo
612 per eseguire una \func{ioctl} (vedi
613 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
614 \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
615 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
616 una \func{read} con un valore nullo e non con un
617 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
618 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
619 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
620 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
621 \constd{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
622 scrittura si bloccherà fino alla conferma
623 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
624 sull'hardware sottostante (in questo significato
625 solo dal kernel 2.6.33).\\
626 \constd{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
627 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
628 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
629 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
630 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
633 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
635 \label{tab:open_operation_flag}
638 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
639 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
640 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
641 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
642 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
643 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
644 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
645 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
646 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
647 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
648 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
649 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
651 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
652 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
653 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
654 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
655 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
656 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
657 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
658 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
659 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
660 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
662 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
663 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
664 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
665 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
666 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
667 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
668 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
669 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
670 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
673 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
674 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
675 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
676 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
677 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
678 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
679 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
680 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
681 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
682 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
684 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
685 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
686 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
687 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
688 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
689 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
690 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
691 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
693 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
694 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
695 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
696 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
698 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
699 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
700 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
701 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
702 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
703 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
704 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
705 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
706 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
707 sincronizzazione non sia completata.
709 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
710 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
711 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
712 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
713 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
714 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
715 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
716 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
717 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
718 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
719 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
721 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
722 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
724 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
725 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
726 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
727 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
728 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
732 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
733 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
736 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
737 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
741 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
742 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
743 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
746 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
747 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
748 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
749 disponibile; il suo prototipo è:
753 \fdecl{int close(int fd)}
754 \fdesc{Chiude un file.}
757 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
758 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
760 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
761 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
763 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
766 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
767 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
768 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
769 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
770 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
771 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
772 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
775 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
776 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
777 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
778 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
779 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
780 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
781 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
782 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
783 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
784 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
785 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
787 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
788 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
789 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
790 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
791 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
792 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
793 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
794 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
795 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
798 \subsection{La gestione della posizione nel file}
799 \label{sec:file_lseek}
801 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
802 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
803 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
804 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
805 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
806 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
808 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
809 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
810 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
811 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
817 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
818 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
821 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
822 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
824 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
825 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
827 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
830 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
833 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
834 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
835 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
836 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
837 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
838 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
839 \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
840 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
841 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
842 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
843 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
844 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
849 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
851 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
854 \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
855 deve essere positivo, di \param{offset} indica
856 direttamente la nuova posizione corrente.\\
857 \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
858 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
859 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
861 \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
862 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
863 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
866 \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
867 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
868 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
870 \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
871 \textit{hole} nel file che segue o inizia
872 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
873 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
874 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
875 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
878 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
879 \label{tab:lseek_whence_values}
883 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
884 % http://lwn.net/Articles/439623/
886 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
887 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
888 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
889 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
890 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
891 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
893 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
894 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
895 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
896 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
897 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
898 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
899 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
900 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
903 \itindbeg{sparse~file}
904 \index{file!\textit{hole}|(}
906 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
907 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
908 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
909 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
910 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file. Il nome deriva dal fatto
911 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
912 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
913 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
914 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
917 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
918 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
919 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
920 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
921 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
922 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
923 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
924 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
925 quella parte del file.
927 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
928 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
929 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
930 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
931 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
932 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
933 effettivamente allocati per il file.
935 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
936 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
937 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
938 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
939 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
940 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
941 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
943 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
944 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
945 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
946 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
947 accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di
948 un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
949 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
950 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
951 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
954 \itindend{sparse~file}
956 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
957 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
958 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
959 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
960 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
961 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
962 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
963 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
964 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
965 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
966 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
969 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
970 buco in un file è lasciata all'implementazione del
971 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
972 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
973 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
974 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
975 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
976 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
977 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
979 \index{file!\textit{hole}|)}
982 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
983 \label{sec:file_read}
985 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
986 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
991 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
992 \fdesc{Legge i dati da un file.}
995 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
996 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
998 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
999 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1000 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1001 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1002 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1003 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1004 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1006 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1007 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
1009 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1010 significato generico.}
1013 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1014 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
1015 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
1016 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
1017 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
1018 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
1019 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
1020 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
1022 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1023 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1024 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1025 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1026 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
1027 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1028 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1029 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1030 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1032 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1033 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1034 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1035 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1036 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1037 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1038 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1039 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1041 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1042 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1043 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1044 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1045 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1046 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
1047 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1049 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1050 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1051 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1052 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1053 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1054 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
1055 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1056 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1057 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1058 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1059 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1060 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1061 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1062 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1063 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1065 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1066 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1067 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1068 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1069 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1070 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1071 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1072 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1073 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1074 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1078 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1079 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1082 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1083 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1084 \func{read} e \func{lseek}.}
1087 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1088 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1089 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1090 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1091 modificare la posizione corrente.
1093 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1094 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1095 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1096 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1097 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1098 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1100 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1101 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1102 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1104 #define _XOPEN_SOURCE 500
1106 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1107 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1111 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1112 \label{sec:file_write}
1114 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1115 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1120 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1121 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1124 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1125 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1127 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1128 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1129 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1130 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1131 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1132 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1133 potuto scrivere qualsiasi dato.
1134 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1135 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1136 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1137 altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1138 segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1139 la funzione ritorna questo errore.
1141 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1142 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1146 \itindbeg{append~mode}
1148 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1149 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1150 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1151 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1152 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1153 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1154 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1155 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1157 \itindend{append~mode}
1159 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1160 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1161 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1162 stesso comportamento di \func{read}.
1164 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1165 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1166 nel file, il suo prototipo è:
1170 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1171 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1174 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1175 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1176 \func{write} e \func{lseek}.}
1179 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1182 \section{Caratteristiche avanzate}
1183 \label{sec:file_adv_func}
1185 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1186 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1187 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1188 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1189 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1192 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1193 \label{sec:file_shared_access}
1195 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1196 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1197 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1198 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1199 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1202 \begin{figure}[!htb]
1204 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1205 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1207 \label{fig:file_mult_acc}
1210 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1211 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1212 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1213 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1214 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1215 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1218 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1219 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1220 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1221 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1222 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1224 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1225 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1226 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1227 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1228 della struttura \kstruct{inode}.
1229 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1230 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1231 dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1232 scrittura il file viene automaticamente esteso.
1233 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1234 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1235 c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1236 fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
1237 dalla struttura \kstruct{inode}.
1240 \begin{figure}[!htb]
1242 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1243 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1244 \label{fig:file_acc_child}
1247 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1248 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}. Questo è ad esempio il
1249 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1250 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1251 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1252 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1253 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1255 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1256 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1257 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1258 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1259 table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1260 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1261 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1262 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1263 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1264 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1265 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1268 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1269 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1270 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1271 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1272 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1273 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1274 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1275 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1276 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1277 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1279 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1280 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1281 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1282 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1283 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1284 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1285 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1286 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1288 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1289 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1290 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1291 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1292 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1293 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1294 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1295 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1296 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1298 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1299 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1300 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1301 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition};
1302 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
1303 \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come abbiamo appena visto, il
1304 file sarà esteso, ma il primo processo, avrà una posizione corrente che aveva
1305 impostato con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la
1306 sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
1308 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1309 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1310 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1311 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1312 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1313 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1314 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1315 il file. Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1316 call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1317 realizza un'operazione atomica.
1320 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1321 \label{sec:file_dup}
1323 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1324 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1325 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1326 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1331 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1332 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1335 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1336 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1338 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1339 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1345 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1346 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1347 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1348 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1349 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1350 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1351 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1352 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1353 da cui il nome della funzione.
1355 \begin{figure}[!htb]
1356 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1357 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1358 \label{fig:file_dup}
1361 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1362 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1363 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1364 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1365 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1366 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1369 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1370 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1371 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1372 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1373 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1374 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1376 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1377 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1378 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1379 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1380 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1383 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1384 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1385 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1386 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1387 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1388 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1389 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1390 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1391 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1392 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1393 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1395 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1396 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1397 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1398 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1399 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1400 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1401 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1405 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1406 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1409 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1410 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1412 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1413 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1414 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1416 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1417 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1423 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1424 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1425 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1426 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1427 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1428 e si limita a restituire \param{newfd}.
1430 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1431 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1432 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1433 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1434 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1435 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1436 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1439 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1440 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1441 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1442 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1443 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1444 abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1445 piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1446 aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1447 condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1448 OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1449 una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1451 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1452 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1453 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1454 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1455 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1456 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1457 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1458 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1459 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1460 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1461 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1463 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1464 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1465 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1466 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1467 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1471 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1472 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1475 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1476 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1477 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1478 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1482 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1483 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1484 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1485 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1486 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1489 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1490 \label{sec:file_sync}
1492 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1493 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1494 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1495 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1498 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1499 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1500 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1501 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1502 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1503 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1507 \fdecl{void sync(void)}
1508 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1511 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1514 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1515 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1516 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1517 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1518 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1519 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1520 scrittura effettiva.
1522 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1523 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1524 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1525 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1526 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1527 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1528 comportamento può essere controllato attraverso il file
1529 \sysctlfiled{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1530 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1531 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1532 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1533 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1534 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1535 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1537 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1538 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1539 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1544 \fdecl{int fsync(int fd)}
1545 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1546 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1547 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1550 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1551 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1553 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1556 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1557 significato generico.}
1560 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1561 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1562 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1563 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1564 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1565 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1566 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1567 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1568 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1569 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1571 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1572 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1573 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1574 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1575 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1576 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1577 automatica delle voci delle directory.}
1579 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1580 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1581 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1582 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1583 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1586 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1587 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1588 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1589 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1590 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1595 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1596 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1600 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1601 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1603 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1608 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1609 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1610 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1613 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1614 \label{sec:file_openat}
1616 \itindbeg{at-functions}
1618 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1619 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1620 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1621 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1622 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1623 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1624 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1625 attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1626 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1628 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1629 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1630 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1631 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1634 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1635 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1636 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1637 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1638 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1639 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1640 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1641 principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1642 \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1643 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1644 prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1645 \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1646 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1647 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1648 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1649 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1650 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1651 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1653 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1654 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1655 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1656 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1657 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1658 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1660 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1661 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1662 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1663 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1664 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1665 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1666 a ciascun file che essa contiene.
1668 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1669 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1670 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1671 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1672 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1676 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1677 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1678 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.}
1681 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1682 \func{open}, ed in più:
1684 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1685 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1686 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1691 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1692 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1693 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1694 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1695 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1696 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1697 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1698 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1699 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1700 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1701 sono definite in esso.
1703 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1704 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1705 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1706 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1707 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1708 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1709 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1710 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1715 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1717 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1720 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1721 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1722 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1723 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1724 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1725 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1726 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1727 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1728 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1729 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1730 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1731 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1732 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1733 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1736 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1737 corrispettive funzioni classiche.}
1738 \label{tab:file_atfunc_corr}
1741 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1742 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1744 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1745 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1746 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1747 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1748 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1749 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1750 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1751 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1752 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1757 % TODO trattare fstatat e con essa
1758 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
1759 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
1760 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f)
1762 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1763 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1764 % http://lwn.net/Articles/562488/
1765 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1766 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1767 % http://lwn.net/Articles/569134/
1768 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1769 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1772 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1773 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1774 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1775 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1776 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1777 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1778 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1779 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1780 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1782 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1783 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1784 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1789 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1791 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1794 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1795 \func{chown}, ed in più:
1797 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1798 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1799 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1800 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1805 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1806 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1807 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1808 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1809 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1812 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1813 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1814 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1815 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1819 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1820 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1823 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1824 \func{access}, ed in più:
1826 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1827 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1828 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1829 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1834 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1835 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1836 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1837 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1838 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1839 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1840 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1844 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1845 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1846 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1847 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1851 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1852 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1855 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1856 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1859 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1860 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1861 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1862 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1867 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1868 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1869 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1870 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1871 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1872 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1873 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1874 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1875 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1877 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1878 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1879 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1880 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1881 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1882 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1883 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1884 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1887 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1888 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1889 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1890 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1891 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1892 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1897 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1899 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1902 \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1903 dereferenziazione dei collegamenti
1905 \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1906 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1907 (usato esplicitamente solo da
1909 \constd{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1910 il controllo dei permessi sia fatto usando
1911 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1913 \constd{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1914 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1915 invece che come \func{unlink}.\\
1918 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1919 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1920 \label{tab:at-functions_constant_values}
1924 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
1927 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1928 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1929 quella relativa a \func{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1930 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1931 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1932 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1933 precisione fino al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
1934 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
1935 introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
1936 della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
1937 da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
1938 nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
1939 parleremo.} ed il suo prototipo è:
1943 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
1944 timespec times[2], int flags)}
1945 \fdesc{Cambia i tempi di un file.}
1948 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1949 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1951 \item[\errcode{EACCES}] si è richiesta l'impostazione del tempo corrente ma
1952 non si ha il permesso di scrittura sul file, o non si è proprietari del
1953 file o non si hanno i privilegi di amministratore; oppure il file è
1954 immutabile (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1955 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
1957 \item[\errcode{EFAULT}] \param{times} non è un puntatore valido oppure
1958 \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma \param{pathname} è \var{NULL} o non è
1959 un puntatore valido.
1960 \item[\errcode{EINVAL}] si sono usati dei valori non corretti per i tempi di
1961 \param{times}, oppure è si usato un valore non valido per \param{flags},
1962 oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
1963 \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
1964 \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto un cambiamento nei tempi non al tempo
1965 corrente, ma non si è proprietari del file o non si hanno i privilegi di
1966 amministratore; oppure il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
1967 sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1968 \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
1969 componenti di \param{pathname}.
1971 ed inoltre per entrambe \errval{EROFS} e per \func{utimensat}
1972 \errval{ELOOP}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR} nel
1973 loro significato generico.}
1976 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
1977 di strutture \struct{timespec} esattamente come \func{futimes} (si veda quanto
1978 illustrato in sez.~\ref{sec:file_file_times}).
1980 La funzione supporta invece, rispetto ad \func{utimes} che abbiamo visto in
1981 sez.~\ref{sec:file_file_times}, una sintassi più complessa che consente una
1982 indicazione sicura del file su cui operare specificando la directory su cui si
1983 trova tramite il file descriptor \param{dirfd} ed il suo nome come
1984 \textit{pathname relativo} in \param{pathname}.\footnote{su Linux solo
1985 \func{utimensat} è una \textit{system call} e \func{futimens} è una funzione
1986 di libreria, infatti se \param{pathname} è \var{NULL} \param{dirfd} viene
1987 considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento del tempo
1988 applicato al file sottostante, qualunque esso sia, per cui
1989 \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd,
1990 NULL, times, 0)} ma nella \acr{glibc} questo comportamento è disabilitato
1991 seguendo lo standard POSIX, e la funzione ritorna un errore di
1992 \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.}
1994 Torneremo su questa sintassi e sulla sua motivazione in
1995 sez.~\ref{sec:file_openat}, quando tratteremo tutte le altre funzioni (le
1996 cosiddette \textit{at-functions}) che la utilizzano; essa prevede comunque
1997 anche la presenza dell'argomento \param{flags} con cui attivare flag di
1998 controllo che modificano il comportamento della funzione, nel caso specifico
1999 l'unico valore consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} che indica alla
2000 funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa che le permette
2001 di riprodurre le funzionalità di \func{lutimes}.
2004 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2007 \itindend{at-functions}
2009 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2010 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
2011 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2013 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
2014 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html
2016 \subsection{Le operazioni di controllo}
2017 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2019 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2020 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2021 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2022 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2023 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2025 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2026 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2027 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2028 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2029 il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2035 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2036 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2037 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2038 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2039 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
2042 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2043 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2044 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2045 l'unico valido in generale è:
2047 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2052 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2053 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2054 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2055 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2056 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2057 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2058 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2059 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2061 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2062 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2063 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2064 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2065 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2066 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2067 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2068 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2069 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2070 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2071 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2072 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2073 descrittori consentito.
2075 \itindbeg{close-on-exec}
2077 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2078 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2079 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2080 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2081 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2082 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2083 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2085 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2086 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2087 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2088 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2089 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2090 serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2091 \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2092 pertanto che il flag non è impostato.
2094 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2095 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2096 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2097 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2098 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2099 tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2100 ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2101 si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2102 \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2103 \itindend{close-on-exec}
2105 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2106 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2107 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2108 comando permette di rileggere il valore di quei bit
2109 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2110 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2111 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2112 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2113 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2114 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2115 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2116 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
2118 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2119 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2120 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2121 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2122 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2123 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2124 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2125 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2126 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2127 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2128 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2130 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2131 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2132 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2133 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2134 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2135 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2137 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2138 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2139 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2140 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2141 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2143 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2144 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2145 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2146 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2147 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2149 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2150 processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2151 che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2152 segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2153 asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2154 \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2155 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2156 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2159 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2160 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2161 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2162 \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2163 valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2164 $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2165 \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2166 presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2167 modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2168 che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2169 in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2170 dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2173 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2174 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2175 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2176 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2177 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2178 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2179 l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2180 unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2181 può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2182 il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2183 della \acr{glibc} e del kernel.
2185 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2186 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2187 segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2188 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2189 caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2190 \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2193 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2194 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2195 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2196 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2197 per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2198 valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2199 \textit{process group}.
2201 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2202 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2203 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2204 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2205 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2206 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2207 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2208 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2209 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2210 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2211 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2212 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2213 interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2216 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2217 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2218 o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2219 preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2220 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2221 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2222 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2224 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2225 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2226 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2227 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2228 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2229 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2230 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2231 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2233 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2234 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2235 del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2236 \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2237 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2238 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2239 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2240 un tipo di identificatore valido.
2242 \begin{figure}[!htb]
2243 \footnotesize \centering
2244 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2245 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2248 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2249 \label{fig:f_owner_ex}
2252 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2253 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2254 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2255 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2256 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2257 \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2258 \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2259 rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2260 ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2261 di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2262 sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2263 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2264 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2265 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2267 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2268 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2269 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2270 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2271 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2272 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2273 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2274 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2275 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2277 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2278 I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2279 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2280 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2281 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2282 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2283 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2284 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2285 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2286 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2288 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2289 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2290 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2291 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2292 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2293 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2294 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2295 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2296 accumulati in una coda prima della notifica.
2298 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2299 processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2300 di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2301 diversi da \errval{EBADF}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2302 solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è
2303 trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2305 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2306 di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2307 del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2308 successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2309 \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2310 (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2311 \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2312 lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2313 hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2314 capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2316 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2317 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2318 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2319 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2320 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2321 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2322 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2324 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2325 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2326 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2327 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2328 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2329 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2330 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2331 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2332 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2334 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2335 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2336 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2337 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2338 restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2339 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2340 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2342 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2343 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2344 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2345 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2346 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2347 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2348 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2349 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2350 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2351 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2352 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2353 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2354 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2355 precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2356 impostare un valore superiore a quello indicato da
2357 \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}. Il comando è specifico di Linux, è
2358 disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2359 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2363 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2364 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2366 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2367 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2368 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2369 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2370 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2371 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2372 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2373 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2374 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2376 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2377 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2378 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2379 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2380 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2381 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2382 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2383 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2386 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2387 % \label{sec:file_ioctl}
2389 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2390 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2391 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2392 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2393 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2394 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2395 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2396 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2398 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2399 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2400 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2404 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2405 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2408 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2409 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2410 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2413 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2415 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2416 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2417 riferimento \param{fd}.
2419 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2423 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2424 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2425 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2426 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2427 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2428 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2429 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2430 omesso, e per altre è un semplice intero.
2432 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2433 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2434 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2435 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2436 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2438 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2439 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2440 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2442 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2443 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2444 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2445 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2446 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2447 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2449 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2450 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2451 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2452 successivi (come ext3).}
2455 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2456 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2457 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2458 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2459 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2460 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2461 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2462 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2463 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2464 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2465 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2466 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2467 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2468 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2469 imprevedibili o indesiderati.
2471 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2472 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2473 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2474 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2475 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2476 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2477 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2479 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2480 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2481 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2482 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2483 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2484 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2485 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2486 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2487 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2488 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2489 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2490 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2491 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2492 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2493 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2494 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2496 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2497 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2498 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2499 disabilita, un valore non nullo abilita).
2500 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2501 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2502 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2503 valore specifica il PID del processo.
2504 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2505 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2506 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2507 scritto il PID del processo.
2508 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2509 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2510 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2511 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2512 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2513 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2514 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2515 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2516 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2517 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2520 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2521 % http://lwn.net/Articles/429345/
2523 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2524 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2525 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2526 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2527 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2528 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2529 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2530 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2531 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2532 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2533 due funzioni sono rimaste.
2535 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2536 % (bassa/bassissima priorità)
2537 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2538 % EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2539 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2543 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2544 \label{sec:files_std_interface}
2547 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2548 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2549 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2551 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2552 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2553 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2554 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2555 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2556 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2558 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2559 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2560 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2561 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2564 \subsection{I \textit{file stream}}
2565 \label{sec:file_stream}
2567 \itindbeg{file~stream}
2569 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2570 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2571 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2573 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2574 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2575 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2576 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2577 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2578 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2579 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2581 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2582 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2583 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2584 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2585 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2586 all'ottenimento della massima efficienza.
2588 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2589 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2590 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2591 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2592 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2593 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2595 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2596 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2597 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2598 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2599 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2600 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2603 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2604 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2605 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2606 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2607 indicatori di stato e di fine del file.
2609 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2610 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2611 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2612 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2613 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2614 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2615 file \headfile{stdio.h}.
2617 \itindend{file~stream}
2619 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2620 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2621 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2622 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2623 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2625 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2626 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2627 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2628 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2629 prende i caratteri dalla tastiera.
2630 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2631 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2632 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2633 scrive sullo schermo.
2634 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2635 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2636 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2637 terminale e scrive sullo schermo.
2640 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2641 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2642 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2643 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2644 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2645 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2646 usare la funzione \func{freopen}.
2649 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2650 \label{sec:file_buffering}
2652 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2653 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2654 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2655 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2656 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2657 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2660 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2661 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2662 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2663 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2664 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2665 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2666 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2667 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2668 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2669 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2670 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2672 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2673 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2674 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2675 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2676 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2677 input/output sul terminale.
2679 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2680 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2681 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2683 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2684 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2685 (effettuando immediatamente una \func{write});
2686 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2687 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2688 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2689 quando si preme invio);
2690 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2691 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2694 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2695 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2696 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2697 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2699 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2700 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2701 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2702 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2703 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2704 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2705 buffered} altrimenti.
2707 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2708 output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2709 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2710 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2713 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2714 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2715 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2716 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2717 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2718 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2719 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2721 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2722 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2723 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2724 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2725 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2726 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2727 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2728 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2732 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2733 \label{sec:file_fopen}
2735 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2736 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2737 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2738 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2742 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2743 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2744 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2745 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2746 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2747 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2750 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2751 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2752 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2753 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2754 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2755 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2759 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2760 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2761 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2762 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2763 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2765 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2766 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2767 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2768 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2769 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2771 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2772 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2773 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2774 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
2775 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2780 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2782 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2785 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2786 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2788 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2789 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2792 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2793 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2794 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2796 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2797 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2798 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2801 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2802 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2804 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2805 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2808 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2809 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2812 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2813 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2814 \label{tab:file_fopen_mode}
2817 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2818 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2819 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2820 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2821 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2822 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2823 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2824 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2826 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
2827 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2828 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2829 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2830 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2831 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2833 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2834 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2835 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2836 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2837 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2839 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2840 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2841 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2842 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2843 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2844 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2845 chiusura dello \textit{stream}.
2847 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2848 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2850 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2851 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2852 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2853 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2854 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2855 operazione di I/O sul file.
2857 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2858 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2859 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2860 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2861 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2862 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2864 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2865 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2866 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2867 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2868 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2869 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2870 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2872 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2873 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2877 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2878 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2881 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2882 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2883 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2884 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2885 \func{write} o \func{fflush}).
2889 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2890 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2891 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2892 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2893 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
2894 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2895 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2897 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2898 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2899 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2903 \fdecl{int fcloseall(void)}
2904 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2907 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2908 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2911 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2912 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2913 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2914 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2915 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2916 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2919 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2922 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2923 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2924 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
2925 input/output non formattato:
2927 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2928 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2929 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2930 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2931 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2932 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2933 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2934 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2935 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2937 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2938 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2940 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2941 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2942 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2944 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2945 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2946 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2947 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2948 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2949 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2950 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
2951 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2953 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2954 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2955 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2956 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2958 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2959 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2960 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2961 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2962 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2963 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2965 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2966 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2967 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2968 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2969 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2970 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2974 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2975 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2976 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2977 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2980 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2981 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2984 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2985 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2986 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2987 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2989 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2990 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2994 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2995 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2999 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
3002 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3003 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3004 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3005 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3006 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3007 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3008 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3010 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3011 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3012 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3013 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3014 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3015 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3016 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3017 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3019 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3020 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3021 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3022 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3023 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3024 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3025 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3026 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3027 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3028 l'offset rispetto al record corrente.
3030 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3031 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3032 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3033 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3034 rispettivi prototipi sono:
3038 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3039 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
3040 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3041 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
3044 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3045 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3046 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3049 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3050 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3051 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3052 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3053 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
3054 successo e -1 in caso di errore.
3056 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3057 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3058 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3059 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3061 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3062 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3066 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
3067 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
3070 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3071 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3074 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3077 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3078 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3079 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3080 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3081 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3082 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3086 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3087 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
3088 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3089 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
3092 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3093 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3096 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3097 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3098 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3099 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3100 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3101 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3102 sistemi più moderni.
3104 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3108 \subsection{Input/output binario}
3109 \label{sec:file_binary_io}
3111 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3112 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3113 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3114 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3115 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3116 i rispettivi prototipi sono:
3120 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3121 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
3122 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
3124 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
3127 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3128 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3132 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3133 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
3134 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3135 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3136 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3138 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3139 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3140 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3141 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3142 si avrà allora una chiamata tipo:
3143 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3144 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3147 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3148 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3149 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3150 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3152 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3153 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3154 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3155 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3156 corrispondente alla quantità di dati letti).
3158 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3159 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3160 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3161 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3162 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3165 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3166 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3167 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3168 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3169 stesso programma che li ha prodotti.
3171 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3172 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3173 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3174 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3175 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3176 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3177 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3178 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3180 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3181 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3182 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3183 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3184 eventuali differenze.
3186 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3187 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3188 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3189 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3190 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3194 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3195 nmemb, FILE *stream)}
3196 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3197 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3198 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3199 implicito sullo stesso.}
3202 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3206 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3209 \subsection{Input/output a caratteri}
3210 \label{sec:file_char_io}
3212 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3213 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3214 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3215 rispettivi prototipi sono:
3219 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3220 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3221 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3222 \fdecl{int getchar(void)}
3223 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
3226 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3227 errore o se si arriva alla fine del file.}
3230 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3231 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3232 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3233 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3235 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3236 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3237 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3238 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3239 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3240 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3241 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3242 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3244 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3245 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3246 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3247 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3248 precedenza nel tipo di argomento).
3250 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3251 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3252 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3253 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3255 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3256 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3257 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3258 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3264 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3265 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3266 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3267 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3268 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
3271 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3272 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3275 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3276 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3277 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3278 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3280 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3281 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3282 loro prototipi sono:
3286 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3287 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3288 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3289 \fdecl{int putchar(int c)}
3290 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3293 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3294 \val{EOF} per un errore.}
3297 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3298 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3299 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3300 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3301 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3302 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3303 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3304 ritorno è \val{EOF}.
3306 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3307 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3308 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3309 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3310 il lock implicito dello \textit{stream}.
3312 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3313 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3314 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3318 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3319 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3320 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3321 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3324 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3325 \val{EOF} per un errore.}
3328 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3329 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3330 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3331 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3333 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3334 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3335 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3336 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3337 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3340 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3341 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3342 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3343 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3347 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3348 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3351 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3355 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3356 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3357 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3358 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3359 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3360 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3362 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3363 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3364 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3365 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3366 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3367 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3369 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3370 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3371 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3373 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3374 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3375 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3376 rimandati indietro vengono scartati.
3379 \subsection{Input/output di linea}
3380 \label{sec:file_line_io}
3382 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3383 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3384 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3385 caratteristiche più controverse.
3387 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3388 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3393 \fdecl{char *gets(char *string)}
3394 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3395 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3396 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3399 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3400 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3403 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3404 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3405 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3406 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3407 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3408 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3409 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3410 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3411 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3412 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3414 \itindbeg{buffer~overflow}
3416 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3417 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3418 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3419 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3420 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3421 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3422 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3423 nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3425 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3426 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3427 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3428 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3429 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3430 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3431 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3432 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3434 \itindend{buffer~overflow}
3436 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3437 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3438 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3439 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3440 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3441 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3442 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3443 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3446 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3447 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3448 rispettivi prototipi sono:
3452 \fdecl{int puts(char *string)}
3453 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3454 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3455 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3458 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3462 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3463 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3464 la scrive sul file indicato da \param{stream}. Dato che in questo caso si
3465 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3466 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3467 output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3468 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3469 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3470 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3472 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3473 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3474 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3475 loro prototipi sono:
3479 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3480 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3481 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3482 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3485 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3486 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3491 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3492 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3493 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3494 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3495 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3496 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3497 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3499 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
3500 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3501 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3502 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3503 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3504 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3505 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3507 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3508 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3509 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3510 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3511 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3512 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3513 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3514 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3515 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3516 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3518 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
3519 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3520 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3521 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3522 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3523 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3524 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3528 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3529 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3532 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3533 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3536 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3537 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3538 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3539 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3542 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3543 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3544 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3545 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3546 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3547 dimensioni del buffer suddetto.
3549 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3550 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3551 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3552 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3553 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3554 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3556 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3557 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3558 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3559 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3561 \includecodesnip{listati/getline.c}
3562 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3563 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3565 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3566 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3567 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3568 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3569 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3570 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3573 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3574 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3575 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3576 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3580 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3581 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3585 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3589 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3590 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3591 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3592 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3593 dell'argomento \param{delim}.
3596 \subsection{Input/output formattato}
3597 \label{sec:file_formatted_io}
3599 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3600 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3601 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3602 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3604 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3605 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3606 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3610 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3611 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3612 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3613 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3614 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3615 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3618 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3619 valore negativo per un errore.}
3623 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3624 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
3625 variabile e dipende dal formato stesso.
3627 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3628 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3629 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3630 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3631 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3632 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3633 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3637 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3638 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3641 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3645 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3646 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3647 non possa essere sovrascritto.
3652 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3654 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3657 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3659 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3660 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3661 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3662 decimale senza segno.\\
3664 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3665 rispettivamente con lettere minuscole e
3667 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3668 notazione a virgola fissa.\\
3670 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3671 notazione esponenziale, rispettivamente con
3672 lettere minuscole e maiuscole.\\
3674 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3675 notazione più appropriate delle due precedenti,
3676 rispettivamente con lettere minuscole e
3679 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3680 notazione esadecimale frazionaria.\\
3681 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3682 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3683 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3684 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3685 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3688 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3689 stringa di formato di \func{printf}.}
3690 \label{tab:file_format_spec}
3693 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3694 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3695 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3696 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
3697 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
3698 specificato in \param{format}.
3700 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3701 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
3702 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3703 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3704 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3706 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3707 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3708 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3710 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3712 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3713 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3714 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3715 specificati in questo ordine:
3717 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3719 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3720 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3722 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3723 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3724 (un altro numero decimale),
3725 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3726 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3732 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3734 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3737 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3738 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3739 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3740 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3742 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3745 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3746 \label{tab:file_format_flag}
3749 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3750 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3751 \func{printf} e nella documentazione della \acr{glibc}.
3756 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3758 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3761 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3762 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3764 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3765 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3766 è di tipo \ctyp{short}.\\
3767 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3768 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3769 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3770 sono in formato esteso.\\
3771 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3772 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3773 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3774 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3776 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3777 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o
3778 \ctyp{uintmax\_t}.\\
3779 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o
3781 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
3784 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3785 \label{tab:file_format_type}
3788 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3789 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3790 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3791 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3795 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3796 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3797 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3798 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3799 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3800 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3803 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3804 valore negativo per un errore.}
3807 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3808 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3809 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3810 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
3811 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
3812 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
3813 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3815 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3816 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3817 scritti sulla stringa di destinazione:
3821 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3822 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3825 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3829 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
3832 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3833 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3834 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3835 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3840 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3841 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3842 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3845 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3850 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3851 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3852 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3853 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
3854 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
3855 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
3856 più, onde evitare \textit{memory leak}.
3858 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3860 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3861 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3862 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3863 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3864 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3865 dettaglio nella documentazione della \acr{glibc}.
3867 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3868 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3869 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3870 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3874 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3875 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
3876 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3877 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3878 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3879 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3882 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3883 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3886 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3887 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3888 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3889 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3890 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3891 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3892 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3893 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3894 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3897 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3898 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3899 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3902 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3903 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3904 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3905 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3906 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3907 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3908 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3909 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3910 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3911 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale della
3914 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3915 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3916 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3917 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3918 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3919 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3921 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3922 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3923 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3924 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3925 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3926 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3927 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3928 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3929 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3930 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3931 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3932 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3933 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3934 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3935 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3939 \section{Funzioni avanzate}
3940 \label{sec:file_stream_adv_func}
3942 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3943 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3944 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3945 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3946 programmazione \textit{multi-thread}.
3949 \subsection{Le funzioni di controllo}
3950 \label{sec:file_stream_cntrl}
3952 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3953 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3954 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3955 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3956 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3960 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3961 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3964 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3965 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3966 se \param{stream} non è valido.}
3969 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3970 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3971 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3972 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. La
3973 \acr{glibc} però supporta alcune estensioni derivate da Solaris, che
3974 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3976 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3977 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3978 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3979 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3980 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3981 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3982 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3986 \fhead{stdio\_ext.h}
3987 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3988 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3989 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3990 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3993 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3994 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3997 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3999 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
4000 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
4001 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
4002 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
4005 \fhead{stdio\_ext.h}
4006 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
4007 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
4008 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
4009 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
4012 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4013 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4016 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
4017 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
4018 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
4019 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
4022 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
4023 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
4024 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
4025 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
4026 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
4027 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
4030 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
4031 \label{sec:file_buffering_ctrl}
4033 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
4034 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
4035 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
4036 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
4037 vengono allocati automaticamente.
4039 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
4040 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
4041 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
4046 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
4047 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
4050 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
4051 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
4054 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
4055 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
4056 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
4057 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
4058 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
4059 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
4060 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
4065 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
4067 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
4070 \constd{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
4071 \constd{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
4072 \constd{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
4075 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
4076 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4077 \label{tab:file_stream_buf_mode}
4080 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
4081 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
4082 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
4083 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
4084 funzione, può anche essere usata una variabile automatica. In
4085 \headfile{stdio.h} è definita la costante \constd{BUFSIZ}, che indica le
4086 dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste vengono usate
4087 dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale dimensione
4088 corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda del
4091 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
4092 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
4093 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
4094 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
4095 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
4096 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
4097 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
4098 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
4100 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
4101 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
4102 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
4103 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
4104 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
4105 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
4106 vengono sempre ignorati.
4108 Oltre a \func{setvbuf} la \acr{glibc} definisce altre tre funzioni per la
4109 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
4110 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
4114 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
4115 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
4116 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
4117 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
4118 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
4121 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
4125 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4126 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4127 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4128 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4129 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4130 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4131 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4132 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4133 portabilità su vecchi sistemi.
4135 Infine la \acr{glibc} provvede le funzioni non standard, anche queste
4136 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4137 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4141 \fhead{stdio\_ext.h}
4142 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4143 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4144 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4145 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4148 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4149 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4150 sono previste condizioni di errore.}
4153 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4154 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4155 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4159 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4160 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4163 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4164 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4165 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4169 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4170 (accessibile definendo una fra \macro{\_BSD\_SOURCE}, \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4171 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4173 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4175 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4176 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4177 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4178 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4179 \textit{line buffered}. Per fare questo la \acr{glibc} supporta una
4180 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4184 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4185 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4186 modalità \textit{line buffered}.}
4189 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4192 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4193 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4194 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4195 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4197 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4198 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4202 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4203 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4206 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4209 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4210 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4211 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4214 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4215 \label{sec:file_stream_thread}
4218 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4219 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4220 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4221 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4222 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4225 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4226 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4227 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4228 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4229 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4230 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4231 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4233 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4234 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4235 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4236 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4237 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4238 \macrod{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4242 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4243 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4244 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4245 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4247 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4250 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4251 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4252 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4253 precedentemente acquisito.
4255 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4256 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4260 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4261 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4264 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4265 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4268 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4269 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4270 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4271 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4272 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4273 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4275 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4276 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4277 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalla \acr{glibc})
4278 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4279 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4280 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4281 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4282 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4285 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4286 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4287 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo la \acr{glibc} fornisce al
4288 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4289 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4290 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4294 \fhead{stdio\_ext.h}
4295 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4296 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4299 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4300 previste condizioni di errore.}
4303 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4304 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4305 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4306 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4311 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4313 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4316 \constd{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4317 blocco implicito predefinito.\\
4318 \constd{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4319 dover gestire da solo il locking dello
4321 \constd{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4322 modalità di blocco dello
4326 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4327 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4328 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4331 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4332 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4333 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4334 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4336 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4340 %%% Local Variables:
4342 %%% TeX-master: "gapil"
4345 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4346 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4347 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4348 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4349 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4350 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4351 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4352 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4353 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4354 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4355 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4356 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4357 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4358 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4359 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4360 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4361 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4362 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4363 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4364 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4365 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4366 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4367 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4368 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4369 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4370 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4371 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4372 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4373 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4374 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4375 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4376 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4377 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4378 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4379 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4380 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4381 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4382 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4383 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4384 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4385 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4386 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4387 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4388 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4389 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4390 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE dell'I all' NFSv
4392 %%% Local Variables:
4394 %%% TeX-master: "gapil"
4396 % LocalWords: l'I nell' du vm Documentation Urlich Drepper futimesat times
4397 % LocalWords: futimens fs Tread all'I ll
projects / gapil.git / blob