3d16c0758073faecb3707c10019370ccb82aa6c3
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2018 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
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.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
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.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
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}.
50
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.
60
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.
66
67 \itindbeg{process~table}
68 \itindbeg{file~table}
69
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}.
76
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
86 ha aperto.
87
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
94 particolare:
95 \begin{itemize*}
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
98   \var{f\_pos}.
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}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
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}
114 \end{figure}
115
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
120 processo.
121
122 \itindend{process~table}
123
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
127 essenziali come:
128 \begin{itemize*}
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
133   \textit{file table}.
134 \end{itemize*}
135
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.
143
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.
148
149 \itindbeg{standard~input} 
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
152
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.
161
162 \itindend{file~descriptor} 
163
164
165 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
166 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità.  Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
172
173 \begin{table}[htb]
174   \centering
175   \footnotesize
176   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
177     \hline
178     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
179     \hline
180     \hline
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}.\\
184     \hline
185   \end{tabular}
186   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187   \label{tab:file_std_files}
188 \end{table}
189
190 \itindend{standard~input} 
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
193
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
203 stesso file.
204
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
211 \textit{inode}.
212
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}).
220
221 \itindend{file~table}
222
223
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
226
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:
233
234 \begin{funcproto}{
235 \fhead{sys/types.h}
236 \fhead{sys/stat.h}
237 \fhead{fcntl.h}
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
240
241 \fdesc{Apre un file.} 
242 }
243
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:
246   \begin{errlist}
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{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
252     l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
253   \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
254     standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
255   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
256     risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
257     \param{pathname} è un collegamento simbolico.
258   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
259     dispositivo che non esiste.
260   \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
261     \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente. 
262   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
263     \param{pathname} non è una directory.
264   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
265     \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
266     nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
267     dispositivo è assente.
268   \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
269     amministratori né proprietari del file.
270   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
271     di un programma in esecuzione.
272   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
273     richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
274   \end{errlist}
275   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
276   \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
277   \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
278 \end{funcproto}
279
280 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
281 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
282 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
283 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
284 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
285 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
286 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
287 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
288 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
289
290 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
291 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
292 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
293 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
294 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
295   input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
296 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
297
298 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
299 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
300 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
301 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
302 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
303 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
304 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
305 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
306 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
307
308 \itindbeg{file~status~flag}
309
310 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
311 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
312 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
313 significato specifico.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
314 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti \textit{file status
315   flags}), che vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura
316 \kstruct{file} che abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
317
318 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
319 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
320 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
321 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
322 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
323 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
324
325 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
326 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
327 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
328 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
329 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
330 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
331
332 \begin{table}[htb]
333   \centering
334   \footnotesize
335     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
336       \hline
337       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
338       \hline
339       \hline
340       \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
341       \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
342       \constd{O\_RDWR}   & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
343       \hline
344     \end{tabular}
345     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
346       nell'apertura di un file.}
347   \label{tab:open_access_mode_flag}
348 \end{table}
349
350 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
351 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
352 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
353 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
354 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
355   su Linux, dove i valori per le tre costanti di
356   tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
357   valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
358   standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
359   driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
360   e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
361   o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
362   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
363
364 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
365 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
366   flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
367 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
368 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
369 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
370 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
371 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
372   standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
373   di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
374     system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
375   comunque il caso di utilizzarle.}
376
377 \itindend{file~status~flag}
378
379 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
380   apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
381   \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
382   fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
383   più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
384   cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
385 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
386 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
387 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
388 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
389 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
390
391 \begin{table}[htb]
392   \centering
393   \footnotesize
394     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
395       \hline
396       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
397       \hline
398       \hline
399       \constd{O\_CREAT} &   Se il file non esiste verrà creato, con le regole
400                             di titolarità del file viste in
401                             sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
402                             imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
403                             essere sempre specificato.\\  
404       \constd{O\_DIRECTORY}&Se \param{pathname} non è una directory la
405                             chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
406                             kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
407                             serve ad evitare dei possibili
408                             \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
409                             \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} 
410                             viene chiamata su una \textit{fifo} o su un dispositivo
411                             associato ad una unità a nastri. Non viene
412                             usato al di fuori dell'implementazione di
413                             \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
414                             definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
415       \constd{O\_EXCL}    & Deve essere usato in congiunzione con
416                             \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
417                             indicato da \param{pathname} non sia già esistente
418                             (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
419                             un errore di \errcode{EEXIST}).\\
420       \constd{O\_LARGEFILE}&Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
421                             l'apertura di file molto grandi, la cui
422                             dimensione non è rappresentabile con la versione a
423                             32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
424                             l'interfaccia alternativa abilitata con la
425                             macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
426                             illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
427                             sempre preferibile usare la conversione automatica
428                             delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
429                             macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
430                             questo flag.\\
431       \constd{O\_NOCTTY}  & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
432                             di terminale, questo non diventerà il terminale di
433                             controllo, anche se il processo non ne ha ancora
434                             uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ 
435       \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
436                             la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
437                             aggiunta in Linux a partire dal kernel
438                             2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
439                             la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
440       \constd{O\_TRUNC}   & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
441                             ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
442                             una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi il
443                             comportamento non è specificato.\\ 
444       \hline
445     \end{tabular}
446     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
447       un file.} 
448   \label{tab:open_time_flag}
449 \end{table}
450
451
452 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
453 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
454 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
455 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
456
457 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
458     Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
459   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
460   bloccato nelle risposte all'attacco.}
461
462 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
463 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
464   flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
465   \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
466   sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
467   esistono con Linux.}  Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
468 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
469 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
470 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si
471 tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da NFSv3
472 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene emulata
473 controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un file di
474 lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}.\footnote{un file
475   potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
476   \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
477   nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
478   (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
479
480 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
481 indefinito.  Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
482 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
483 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
484 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
485 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
486 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.  Quando viene creato un nuovo file
487 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
488 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
489 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
490 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
491
492 \begin{table}[!htb]
493   \centering
494   \footnotesize
495     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
496       \hline
497       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
498       \hline
499       \hline
500       \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
501                            posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
502                            viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
503                            quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
504                            precedente. Con NFS questa funzionalità non è
505                            supportata  e viene emulata, per questo possono
506                            verificarsi \textit{race condition} con una
507                            sovrapposizione dei dati se più di un processo
508                            scrive allo stesso tempo.\\ 
509       \constd{O\_ASYNC}  & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
510                            sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
511                            impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
512                            tutte le volte che il file è pronto per le
513                            operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
514                            può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
515                            e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle \textit{fifo}. Per
516                            un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
517                            in fase di apertura del file, deve
518                            invece essere attivato successivamente con
519                            \func{fcntl}.\\
520       \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
521                            sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è 
522                            previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
523                            introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
524                            \textit{race condition} che si potrebbe verificare
525                            con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
526                            l'impostazione della suddetta modalità con
527                            \func{fcntl} (vedi
528                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
529       \constd{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
530                            \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
531                            scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
532                            kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
533                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
534                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
535       \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
536                            file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
537                            molti filesystem questa funzionalità non è
538                            disponibile per il singolo file ma come opzione
539                            generale da specificare in fase di
540                            montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed 
541                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
542                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
543       \constd{O\_NONBLOCK}&Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
544                            le operazioni di I/O (vedi
545                            sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
546                            il fallimento delle successive operazioni di
547                            lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
548                            per la loro esecuzione immediata, invece del 
549                            blocco delle stesse in attesa di una successiva
550                            possibilità di esecuzione come avviene
551                            normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
552                            \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
553                            si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
554                            una \func{ioctl} (vedi
555                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
556       \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
557                            origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
558                            una \func{read} con un valore nullo e non con un
559                            errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
560                            come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
561                            di un valore nullo da parte di \func{read} ha 
562                            il significato di una \textit{end-of-file}.\\
563       \constd{O\_SYNC}   & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
564                            scrittura si bloccherà fino alla conferma
565                            dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
566                            sull'hardware sottostante (in questo significato
567                            solo dal kernel 2.6.33).\\
568       \constd{O\_DSYNC}  & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
569                            scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
570                            dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
571                            ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
572                            questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
573       \hline
574     \end{tabular}
575     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
576       un file.} 
577   \label{tab:open_operation_flag}
578 \end{table}
579
580 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
581 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
582 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
583 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
584 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
585 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
586 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
587   status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
588 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
589 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
590 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
591 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
592
593 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
594 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
595 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
596   ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
597 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
598 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
599 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
600 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
601 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
602 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
603
604 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
605 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
606   SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
607   FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
608 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
609 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
610 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
611 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
612 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
613 \errval{EINVAL}.
614
615 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
616 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
617 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
618 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
619 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
620 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
621 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
622 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
623 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
624 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
625
626 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
627 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
628 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
629 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
630 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
631   del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
632   causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
633 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
634
635 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
636 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
637 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
638 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}. 
639
640 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
641 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
642 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
643 informazioni ausiliarie come i tempi dei file.  Il secondo, da usare in
644 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
645 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
646 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
647 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
648 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
649 sincronizzazione non sia completata.
650
651 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
652 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
653 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
654 sinonimi di \const{O\_SYNC}.  Con il kernel 2.6.33 il significato di
655 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
656 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
657 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
658 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
659 comportamento diverso.  Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
660 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
661 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
662
663 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella  
664 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ 
665
666 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
667 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
668 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
669 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
670 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
671
672 \begin{funcproto}{
673 \fhead{fcntl.h}
674 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
675 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
676 }
677
678 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
679   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
680   \func{open}.}
681 \end{funcproto}
682
683 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
684 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
685   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
686 vecchi programmi.
687
688 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
689 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
690 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
691 disponibile; il suo prototipo è:
692
693 \begin{funcproto}{
694 \fhead{unistd.h}
695 \fdecl{int close(int fd)}
696 \fdesc{Chiude un file.} 
697 }
698
699 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
700   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
701   \begin{errlist}
702     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
703     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
704   \end{errlist}
705   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
706 \end{funcproto}
707
708 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
709 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
710 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
711 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
712 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
713 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
714 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
715 viene cancellato.
716
717 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
718 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
719 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
720 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
721 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
722 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
723 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
724 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
725 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
726 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
727   comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
728
729 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
730 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
731 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
732 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
733 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
734 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
735 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
736 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
737 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
738
739
740 \subsection{La gestione della posizione nel file}
741 \label{sec:file_lseek}
742
743 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
744 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
745 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
746 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
747 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
748 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
749
750 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
751 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
752 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
753 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
754 prototipo è:
755
756 \begin{funcproto}{
757 \fhead{sys/types.h}
758 \fhead{unistd.h}
759 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
760 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
761 }
762
763 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
764   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
765   \begin{errlist}
766     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
767     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
768       tipo \type{off\_t}.
769     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
770       \textit{fifo}.
771   \end{errlist}
772   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
773 \end{funcproto}
774
775 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
776 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
777 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
778 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
779   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
780   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
781   \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
782 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
783 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
784 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
785 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
786 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
787
788 \begin{table}[htb]
789   \centering
790   \footnotesize
791   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
792     \hline
793     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
794     \hline
795     \hline
796     \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
797                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
798                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
799     \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
800                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
801                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
802                         corrente.\\
803     \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
804                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
805                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
806                         corrente.\\
807     \hline
808     \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
809                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
810                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
811                         (dal kernel 3.1).\\
812     \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
813                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
814                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
815                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
816                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
817                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
818     \hline
819   \end{tabular}  
820   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
821   \label{tab:lseek_whence_values}
822 \end{table}
823
824
825 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
826 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
827
828 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
829 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
830 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
831 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
832 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
833 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
834
835 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
836 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
837 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
838 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
839 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
840   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
841 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
842 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
843 indefinito.
844
845 \itindbeg{sparse~file} 
846 \index{file!\textit{hole}|(} 
847
848 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
849 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
850 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
851 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
852 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file.  Il nome deriva dal fatto
853 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
854 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
855 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
856 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
857 vuota.
858
859 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
860 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
861   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
862 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
863 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
864 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
865 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
866 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
867 quella parte del file.
868
869 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
870 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
871 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
872 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
873 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
874 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
875 effettivamente allocati per il file.
876
877 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
878 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
879 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
880 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
881 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
882 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
883 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
884
885 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
886 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
887 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
888 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
889 accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di
890 un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
891 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
892 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
893 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
894 inutilizzato.
895
896 \itindend{sparse~file}
897
898 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
899 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
900 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
901 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
902 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
903 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
904 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
905 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
906 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
907 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
908 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
909 di \param{offset}.
910
911 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
912 buco in un file è lasciata all'implementazione del
913 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
914 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
915 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
916 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
917 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
918 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
919 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
920
921 \index{file!\textit{hole}|)} 
922
923
924 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
925 \label{sec:file_read}
926
927 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
928 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
929 il cui prototipo è:
930
931 \begin{funcproto}{
932 \fhead{unistd.h}
933 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
934 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
935 }
936
937 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
938   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
939   \begin{errlist}
940   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
941     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
942   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
943   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
944     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
945     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
946     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
947     allineato.
948   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
949     essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
950   \end{errlist}
951   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
952   significato generico.}
953 \end{funcproto}
954
955 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
956 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
957 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
958 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
959 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
960 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
961 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
962 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
963
964 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
965 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
966 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
967 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
968 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
969 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
970 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
971 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
972 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
973
974 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
975 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
976 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
977 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
978 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
979 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
980 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
981 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
982
983 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
984 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
985 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
986 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
987 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
988 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
989 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
990
991 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
992 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
993 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
994 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
995 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
996 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
997 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
998 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
999 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1000   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1001   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1002   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1003   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1004 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1005 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1006
1007 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1008 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1009 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1010   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1011   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1012   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1013   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1014 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1015 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1016 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1017
1018 \begin{funcproto}{
1019 \fhead{unistd.h}
1020 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1021 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1022 }
1023
1024 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1025   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1026   \func{read} e \func{lseek}.}
1027 \end{funcproto}
1028
1029 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1030 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1031 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1032 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1033 modificare la posizione corrente.
1034
1035 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1036 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1037 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1038 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1039 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).  Il valore di
1040 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1041
1042 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1043 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1044 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1045 \begin{Example}
1046 #define _XOPEN_SOURCE 500
1047 \end{Example}
1048 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1049 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1050
1051
1052
1053 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1054 \label{sec:file_write}
1055
1056 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1057 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1058 prototipo è:
1059
1060 \begin{funcproto}{
1061 \fhead{unistd.h}
1062 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1063 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1064 }
1065
1066 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1067   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1068   \begin{errlist}
1069   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1070     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1071   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1072     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1073     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1074   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1075     potuto scrivere qualsiasi dato.
1076   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1077     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1078   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1079     altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1080     segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1081     la funzione ritorna questo errore.
1082   \end{errlist}
1083   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1084   \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1085 \end{funcproto}
1086
1087
1088 \itindbeg{append~mode}
1089
1090 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1091 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1092 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1093 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1094 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1095 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1096 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1097 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1098
1099 \itindend{append~mode}
1100
1101 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1102 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1103 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1104 stesso comportamento di \func{read}.
1105
1106 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1107 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1108 nel file, il suo prototipo è:
1109
1110 \begin{funcproto}{
1111 \fhead{unistd.h}
1112 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1113 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1114 }
1115
1116 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1117   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1118   \func{write} e \func{lseek}.}
1119 \end{funcproto}
1120
1121 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1122
1123
1124 \section{Caratteristiche avanzate}
1125 \label{sec:file_adv_func}
1126
1127 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1128 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1129 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1130 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1131 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1132
1133
1134 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1135 \label{sec:file_shared_access}
1136
1137 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1138 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1139 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1140 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1141 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1142 diversi.
1143
1144 \begin{figure}[!htb]
1145   \centering
1146   \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1147   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1148     diversi}
1149   \label{fig:file_mult_acc}
1150 \end{figure}
1151
1152 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1153 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1154 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1155 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1156 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1157 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1158 su disco.
1159
1160 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1161 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1162 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1163 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1164 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1165 \begin{itemize}
1166 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1167   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1168   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1169   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1170   della struttura \kstruct{inode}.
1171 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1172   effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1173   dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1174   scrittura il file viene automaticamente esteso.
1175 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1176   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1177   c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1178   fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
1179   dalla struttura \kstruct{inode}.
1180 \end{itemize}
1181
1182 \begin{figure}[!htb]
1183   \centering
1184   \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1185   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1186   \label{fig:file_acc_child}
1187 \end{figure}
1188
1189 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1190 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}.  Questo è ad esempio il
1191 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1192 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1193 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1194 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1195 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1196
1197 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1198 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1199 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1200 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1201   table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1202 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1203 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1204 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1205 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1206 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1207 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1208 presente.
1209
1210 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1211 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1212 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1213 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1214 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1215 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1216 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1217 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1218 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1219 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1220
1221 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1222 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1223 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1224 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1225 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1226 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1227 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1228 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1229
1230 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1231 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1232 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1233 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1234 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1235 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1236 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1237 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1238 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1239
1240 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1241 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1242 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1243 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition};
1244 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
1245 \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come abbiamo appena visto, il
1246 file sarà esteso, ma il primo processo, avrà una posizione corrente che aveva
1247 impostato con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la
1248 sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
1249
1250 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1251 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1252 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1253 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1254 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1255 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1256 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1257 il file.  Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1258   call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1259 realizza un'operazione atomica.
1260
1261
1262 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1263 \label{sec:file_dup}
1264
1265 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1266 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1267 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1268 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1269 il cui prototipo è:
1270
1271 \begin{funcproto}{
1272 \fhead{unistd.h}
1273 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1274 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1275 }
1276
1277 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1278   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1279   \begin{errlist}
1280   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1281   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1282     descriptor aperti.
1283   \end{errlist}
1284 }  
1285 \end{funcproto}
1286
1287 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1288 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1289 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1290 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1291 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1292 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1293 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1294 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1295 da cui il nome della funzione.
1296
1297 \begin{figure}[!htb]
1298   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1299   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1300   \label{fig:file_dup}
1301 \end{figure}
1302
1303 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1304 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1305 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1306 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1307 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1308 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1309 riferimento.
1310
1311 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1312 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1313 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1314 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1315 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1316 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1317
1318 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1319 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1320 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1321 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1322 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1323 \textit{pipe}).
1324
1325 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1326 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1327 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1328 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1329 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1330 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1331 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1332 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1333 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1334 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1335 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1336
1337 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1338 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1339 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1340 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1341 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1342 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1343 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1344
1345 \begin{funcproto}{
1346 \fhead{unistd.h}
1347 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1348 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1349 }
1350
1351 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1352   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1353   \begin{errlist}
1354   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1355     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1356   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1357       condition}.
1358   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1359   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1360     descriptor aperti.
1361   \end{errlist}
1362 }  
1363 \end{funcproto}
1364
1365 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1366 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1367 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1368 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1369 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1370 e si limita a restituire \param{newfd}.
1371
1372 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1373 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1374 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1375 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1376 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1377 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1378 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1379 quello voluto.
1380
1381 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1382 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1383 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1384 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1385 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1386   abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1387   piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1388   aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1389   condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1390   OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1391   una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1392
1393 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1394 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1395 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1396 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1397 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1398 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1399 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1400 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1401 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1402 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1403 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1404
1405 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1406 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1407   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1408 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1409 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1410
1411 \begin{funcproto}{
1412 \fhead{unistd.h}
1413 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1414 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1415 }
1416
1417 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1418   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1419   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1420   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1421 }  
1422 \end{funcproto}
1423
1424 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1425 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1426 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1427 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1428 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1429
1430
1431 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1432 \label{sec:file_sync}
1433
1434 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1435 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1436 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1437 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1438 \func{write}.
1439
1440 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1441 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1442 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1443 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1444   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1445   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1446
1447 \begin{funcproto}{
1448 \fhead{unistd.h}
1449 \fdecl{void sync(void)}
1450 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1451 }
1452
1453 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1454 \end{funcproto}
1455
1456 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1457 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1458 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1459 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1460 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1461 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1462 scrittura effettiva.
1463
1464 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1465 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1466 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1467 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1468 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1469 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1470 comportamento può essere controllato attraverso il file
1471 \sysctlfiled{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1472   scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1473   del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1474   argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1475 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1476 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1477 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1478
1479 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1480 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1481 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1482 prototipi sono:
1483
1484 \begin{funcproto}{
1485 \fhead{unistd.h}
1486 \fdecl{int fsync(int fd)}
1487 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1488 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1489 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1490 }
1491
1492 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1493   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1494   \begin{errlist}
1495   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1496     sincronizzazione.
1497   \end{errlist}
1498   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1499   significato generico.}
1500 \end{funcproto}
1501
1502 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1503 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1504 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1505 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1506 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1507 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1508 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1509 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1510 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1511 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1512
1513 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1514 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1515 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1516 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1517 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1518   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1519   automatica delle voci delle directory.}
1520
1521 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1522 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1523 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1524 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1525 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1526 prestazioni. 
1527
1528 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1529 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1530   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1531   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1532 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1533 prototipo è:
1534
1535 \begin{funcproto}{
1536 \fhead{unistd.h}
1537 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1538 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1539   disco.}
1540 }
1541
1542 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1543   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1544   \begin{errlist}
1545     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1546   \end{errlist}
1547 }  
1548 \end{funcproto}
1549
1550 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1551 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1552 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1553
1554
1555 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1556 \label{sec:file_openat}
1557
1558 \itindbeg{at-functions}
1559
1560 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1561 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1562 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1563 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1564 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1565 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1566 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1567   attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1568 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1569
1570 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1571 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1572 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1573 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1574 di lavoro.
1575
1576 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1577 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1578 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1579 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1580 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1581 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1582 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1583   principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1584   \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1585   2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1586   prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1587   \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1588   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1589 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1590 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1591 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1592 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1593 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1594
1595 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1596 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1597 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1598 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1599 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1600 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1601
1602 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1603 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1604 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1605 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1606 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1607 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1608 a ciascun file che essa contiene.
1609
1610 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1611 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1612 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1613 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1614 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1615
1616 \begin{funcproto}{
1617 \fhead{fcntl.h}
1618 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1619 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1620 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.} 
1621 }
1622
1623 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1624   \func{open}, ed in più:
1625   \begin{errlist}
1626   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1627   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1628     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1629    \end{errlist}
1630 }  
1631 \end{funcproto}
1632
1633 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1634 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1635 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1636 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1637 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1638 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1639 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1640 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1641 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1642 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1643 sono definite in esso.
1644
1645 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1646 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1647 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1648 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1649 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1650 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1651 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1652 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1653
1654 \begin{table}[htb]
1655   \centering
1656   \footnotesize
1657   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1658     \hline
1659     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1660     \hline
1661     \hline
1662      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1663      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1664      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1665      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1666      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1667      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1668      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1669      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1670      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1671      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1672      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1673      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1674      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1675      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1676     \hline
1677   \end{tabular}
1678   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1679     corrispettive funzioni classiche.}
1680   \label{tab:file_atfunc_corr}
1681 \end{table}
1682
1683 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1684   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1685
1686 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1687 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1688 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1689 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1690 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1691 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1692 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1693 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1694 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1695
1696
1697
1698
1699 % TODO trattare fstatat e con essa
1700 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
1701 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
1702 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f) 
1703
1704 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1705 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1706 % http://lwn.net/Articles/562488/ 
1707 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1708 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1709 % http://lwn.net/Articles/569134/ 
1710 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1711 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1712
1713
1714 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1715 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1716 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1717 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1718 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1719 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1720 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1721 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1722 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1723
1724 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1725 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1726 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1727
1728 \begin{funcproto}{
1729 \fhead{unistd.h}
1730 \fhead{fcntl.h} 
1731 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1732     group, int flags)}
1733 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1734 }
1735
1736 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1737   \func{chown}, ed in più:
1738   \begin{errlist}
1739   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1740   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1741   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1742     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1743   \end{errlist}
1744 }  
1745 \end{funcproto}
1746
1747 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1748 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1749 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1750 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1751 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1752 come \func{chown}.
1753
1754 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1755 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1756 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1757 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1758
1759 \begin{funcproto}{
1760 \fhead{unistd.h}
1761 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1762 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1763 }
1764
1765 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1766   \func{access}, ed in più:
1767   \begin{errlist}
1768   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1769   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1770   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1771     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1772   \end{errlist}
1773 }  
1774 \end{funcproto}
1775
1776 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1777 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1778 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1779 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1780 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1781 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1782 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1783 \func{access}).
1784
1785
1786 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1787 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1788 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1789 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1790
1791 \begin{funcproto}{
1792 \fhead{fcntl.h}
1793 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1794 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1795 }
1796
1797 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1798   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1799   più:
1800   \begin{errlist}
1801   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1802   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1803   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1804     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1805   \end{errlist}
1806 }  
1807 \end{funcproto}
1808
1809 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1810 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1811 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1812 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1813 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1814 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1815 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1816 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1817 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1818
1819 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1820 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1821 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1822 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1823 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1824 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1825 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1826 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1827 simbolici.
1828
1829 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1830 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1831 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1832 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1833 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1834 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1835
1836 \begin{table}[htb]
1837   \centering
1838   \footnotesize
1839   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1840     \hline
1841     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1842     \hline
1843     \hline
1844     \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1845                                     dereferenziazione dei collegamenti
1846                                     simbolici.\\ 
1847     \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1848                                   dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1849                                   (usato esplicitamente solo da
1850                                   \func{linkat}).\\ 
1851     \constd{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1852                                   il controllo dei permessi sia fatto usando
1853                                   l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1854                                   reale.\\
1855     \constd{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1856                                   la funzione si comporti come \func{rmdir}
1857                                   invece che come \func{unlink}.\\
1858     \hline
1859   \end{tabular}  
1860   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1861     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
1862   \label{tab:at-functions_constant_values}
1863 \end{table}
1864
1865
1866 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
1867
1868
1869 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1870 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1871 quella relativa a \func{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1872 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1873 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1874 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1875 precisione fino al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
1876 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
1877   introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
1878   della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
1879   da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
1880   nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
1881   parleremo.} ed il suo prototipo è:
1882
1883 \begin{funcproto}{
1884 \fhead{sys/time.h}
1885 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
1886     timespec times[2], int flags)}
1887 \fdesc{Cambia i tempi di un file.} 
1888 }
1889
1890 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1891   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1892   \begin{errlist}
1893   \item[\errcode{EACCES}] si è richiesta l'impostazione del tempo corrente ma
1894     non si ha il permesso di scrittura sul file, o non si è proprietari del
1895     file o non si hanno i privilegi di amministratore; oppure il file è
1896     immutabile (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1897   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
1898     descriptor valido.
1899   \item[\errcode{EFAULT}] \param{times} non è un puntatore valido oppure
1900     \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma \param{pathname} è \var{NULL} o non è
1901     un puntatore valido.
1902   \item[\errcode{EINVAL}] si sono usati dei valori non corretti per i tempi di
1903     \param{times}, oppure è si usato un valore non valido per \param{flags},
1904     oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
1905     \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
1906   \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto un cambiamento nei tempi non al tempo
1907     corrente, ma non si è proprietari del file o non si hanno i privilegi di
1908     amministratore; oppure il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
1909     sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1910   \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
1911     componenti di \param{pathname}.
1912   \end{errlist}
1913   ed inoltre per entrambe \errval{EROFS} e per \func{utimensat}
1914   \errval{ELOOP}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR} nel
1915   loro significato generico.}
1916 \end{funcproto}
1917
1918 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
1919 di strutture \struct{timespec} esattamente come \func{futimes} (si veda quanto
1920 illustrato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). 
1921
1922 La funzione supporta invece, rispetto ad \func{utimes} che abbiamo visto in
1923 sez.~\ref{sec:file_file_times}, una sintassi più complessa che consente una
1924 indicazione sicura del file su cui operare specificando la directory su cui si
1925 trova tramite il file descriptor \param{dirfd} ed il suo nome come
1926 \textit{pathname relativo} in \param{pathname}.\footnote{su Linux solo
1927   \func{utimensat} è una \textit{system call} e \func{futimens} è una funzione
1928   di libreria, infatti se \param{pathname} è \var{NULL} \param{dirfd} viene
1929   considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento del tempo
1930   applicato al file sottostante, qualunque esso sia, per cui
1931   \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd,
1932     NULL, times, 0)} ma nella \acr{glibc} questo comportamento è disabilitato
1933   seguendo lo standard POSIX, e la funzione ritorna un errore di
1934   \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.}
1935
1936 Torneremo su questa sintassi e sulla sua motivazione in
1937 sez.~\ref{sec:file_openat}, quando tratteremo tutte le altre funzioni (le
1938 cosiddette \textit{at-functions}) che la utilizzano; essa prevede comunque
1939 anche la presenza dell'argomento \param{flags} con cui attivare flag di
1940 controllo che modificano il comportamento della funzione, nel caso specifico
1941 l'unico valore consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} che indica alla
1942 funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa che le permette
1943 di riprodurre le funzionalità di \func{lutimes}.
1944
1945
1946 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
1947
1948
1949 \itindend{at-functions}
1950
1951 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1952 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
1953 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1954
1955 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
1956 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html 
1957
1958 \subsection{Le operazioni di controllo}
1959 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1960
1961 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1962 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1963 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1964 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1965 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1966
1967 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1968 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1969 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1970   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1971   il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
1972 prototipo è:
1973
1974 \begin{funcproto}{
1975 \fhead{unistd.h}
1976 \fhead{fcntl.h}
1977 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1978 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1979 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1980 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1981 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
1982 }
1983
1984 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1985   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1986   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1987   l'unico valido in generale è:
1988   \begin{errlist}
1989   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1990   \end{errlist}
1991 }  
1992 \end{funcproto}
1993
1994 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1995 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1996 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1997 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1998 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1999 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2000 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2001 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2002
2003 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2004 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2005 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2006 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2007 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2008 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2009 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2010   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2011   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2012   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2013   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2014   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2015   descrittori consentito.
2016
2017 \itindbeg{close-on-exec}
2018
2019 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2020   in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2021   duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2022   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2023   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2024   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2025   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2026
2027 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2028     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2029   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2030   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2031   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2032   serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2033   \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2034   pertanto che il flag non è impostato.
2035
2036 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2037   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2038   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2039   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2040   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2041   tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2042   ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2043     si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2044     \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2045 \itindend{close-on-exec}
2046
2047 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2048   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2049   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2050   comando permette di rileggere il valore di quei bit
2051   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2052   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2053   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2054   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2055   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2056   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2057     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2058   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
2059
2060 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2061   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2062   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2063   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2064   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2065   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2066   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2067   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2068   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2069   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2070   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2071
2072 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2073   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2074   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2075   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2076   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2077   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2078
2079 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2080   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2081   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2082   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
2083   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2084
2085 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2086   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2087   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2088   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2089   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2090
2091 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2092   processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2093   che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2094   segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2095   asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2096   \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2097   sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2098   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2099   \errval{EBADF}.
2100
2101   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2102   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2103   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2104   \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2105   valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2106   $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2107   \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2108     presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2109     modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2110     che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2111   in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2112   dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2113   segno.
2114
2115   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2116   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2117   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2118   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2119   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2120     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2121     l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2122     unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2123     può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2124   il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2125   della \acr{glibc} e del kernel.
2126
2127 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2128   l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2129   segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2130   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2131   caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2132   \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2133     group} inesistente.
2134
2135   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2136   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2137   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2138   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2139   per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2140   valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2141   \textit{process group}.
2142
2143   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2144   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2145   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2146   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2147   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2148   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2149   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2150   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2151   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2152   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2153   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2154   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2155   interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2156     group}.
2157
2158 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2159   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2160   o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2161   preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2162   eventi associati al file descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in
2163   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2164   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2165
2166   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2167   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2168   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2169   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2170   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2171   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2172   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2173   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2174
2175 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2176   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2177   del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2178   \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2179   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2180   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2181   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2182   un tipo di identificatore valido.
2183
2184   \begin{figure}[!htb]
2185     \footnotesize \centering
2186     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2187       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2188     \end{varwidth}
2189     \normalsize 
2190     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2191     \label{fig:f_owner_ex}
2192   \end{figure}
2193
2194   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2195   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2196   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2197   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2198   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2199   \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2200   \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2201   rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2202     ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2203   di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2204   sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2205   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2206   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2207   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2208
2209 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2210   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2211   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2212   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2213   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2214   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2215   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2216   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2217   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2218
2219 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2220   I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2221   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2222   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2223   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2224   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2225   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2226   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2227   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2228   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2229
2230   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2231   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2232   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2233   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2234   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2235   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2236   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2237   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2238   accumulati in una coda prima della notifica.
2239
2240 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2241   processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2242   di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2243   diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2244   solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è
2245   trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2246
2247 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2248   di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2249   del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2250   successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2251   \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2252   (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2253   \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2254     lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2255   hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2256     capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2257
2258   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2259   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2260   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2261   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2262   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2263   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2264   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2265
2266 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2267   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2268   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2269   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2270   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2271   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2272   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2273   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2274   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2275
2276 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2277   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2278   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2279   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2280   restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2281   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2282   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2283
2284 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2285   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2286   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2287   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2288   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2289   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2290   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2291   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2292   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2293   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2294   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2295   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2296   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2297     precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2298   impostare un valore superiore a quello indicato da
2299   \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}.  Il comando è specifico di Linux, è
2300   disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2301   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2302
2303 \end{basedescript}
2304
2305 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2306 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2307
2308 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2309 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2310 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2311 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2312 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2313 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2314 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2315 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2316 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2317
2318 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2319 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2320 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2321 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2322 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2323 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2324 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2325 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2326
2327
2328 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2329 % \label{sec:file_ioctl}
2330
2331 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2332 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2333 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2334 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2335 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2336 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2337 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2338 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2339
2340 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2341 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2342 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2343
2344 \begin{funcproto}{
2345 \fhead{sys/ioctl.h}
2346 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2347 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2348 }
2349
2350 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2351   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2352   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2353   valori:
2354   \begin{errlist}
2355   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2356     validi.
2357   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2358     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2359     riferimento \param{fd}.
2360   \end{errlist}
2361   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2362 \end{funcproto}
2363
2364
2365 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2366 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2367 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2368 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2369 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2370 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2371 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2372 omesso, e per altre è un semplice intero.
2373
2374 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2375 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2376 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2377 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2378 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2379
2380 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2381 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2382 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2383 \begin{itemize*}
2384 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2385 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2386 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2387 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2388 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2389 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2390   speaker.
2391 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2392   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2393     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2394     successivi (come ext3).}
2395 \end{itemize*}
2396
2397 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2398 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2399 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2400 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2401 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2402   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2403   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2404   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2405   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2406   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2407 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2408 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2409 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2410 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2411 imprevedibili o indesiderati.
2412
2413 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2414 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2415 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2416 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2417 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2418 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2419 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2420
2421 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2422 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2423 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2424 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2425 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2426 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2427 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2428   questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2429   un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2430 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2431   in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2432   richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2433 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2434   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2435   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2436   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2437   nullo abilita).
2438 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2439   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2440   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2441   disabilita, un valore non nullo abilita).
2442 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2443   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2444   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2445   valore specifica il PID del processo.
2446 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2447   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2448   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2449   scritto il PID del processo.
2450 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2451   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2452   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2453   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2454   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2455   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2456 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2457   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2458   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2459   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2460 \end{basedescript}
2461
2462 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2463 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2464
2465 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2466 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2467 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2468 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2469 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2470 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2471 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2472 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2473 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2474 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2475 due funzioni sono rimaste.
2476
2477 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2478 % (bassa/bassissima priorità)
2479 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2480 %  EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2481 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2482
2483 % \chapter{}
2484
2485 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2486 \label{sec:files_std_interface}
2487
2488
2489 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2490 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2491 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2492
2493 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2494 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2495 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2496 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2497 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2498 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2499
2500 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2501 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2502 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2503 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2504
2505
2506 \subsection{I \textit{file stream}}
2507 \label{sec:file_stream}
2508
2509 \itindbeg{file~stream}
2510
2511 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2512 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2513 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2514
2515 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2516 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2517 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2518 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2519 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2520 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2521 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2522
2523 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2524 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2525 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2526 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2527 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2528 all'ottenimento della massima efficienza.
2529
2530 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2531 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2532 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2533 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2534 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2535 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2536
2537 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2538 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2539 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2540 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2541 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2542 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2543 accesso.
2544
2545 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2546 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2547 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2548 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2549 indicatori di stato e di fine del file.
2550
2551 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2552 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2553 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2554 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2555 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2556 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2557 file \headfile{stdio.h}.
2558
2559 \itindend{file~stream}
2560
2561 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2562 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2563 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2564 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2565 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2566
2567 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2568 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2569     stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2570   ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2571   prende i caratteri dalla tastiera.
2572 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2573     stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2574   uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2575   scrive sullo schermo.
2576 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2577     stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2578   errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2579   terminale e scrive sullo schermo.
2580 \end{basedescript}
2581
2582 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2583 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2584 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2585 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2586 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2587 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2588 usare la funzione \func{freopen}.
2589
2590
2591 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2592 \label{sec:file_buffering}
2593
2594 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2595 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2596 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2597 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2598 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2599 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2600 file.
2601
2602 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2603 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2604 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2605 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2606 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2607 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2608 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2609 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2610 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2611 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2612 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2613
2614 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2615 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2616 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2617 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2618 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2619 input/output sul terminale.
2620
2621 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2622 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2623 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2624 \begin{itemize}
2625 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2626   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2627   (effettuando immediatamente una \func{write});
2628 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2629   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2630   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2631   quando si preme invio);
2632 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2633   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2634 \end{itemize}
2635
2636 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2637 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2638 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2639 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2640
2641 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2642 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2643 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2644 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2645 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2646 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2647   buffered} altrimenti.
2648
2649 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2650   output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2651 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2652 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2653 dispositivo scelto.
2654
2655 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2656 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2657 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2658 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2659 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2660 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2661 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2662
2663 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2664 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2665 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2666 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2667 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2668 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2669 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2670 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2671
2672
2673
2674 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2675 \label{sec:file_fopen}
2676
2677 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2678 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2679   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2680   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2681
2682 \begin{funcproto}{
2683 \fhead{stdio.h}
2684 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2685 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2686 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2687 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2688 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2689 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2690 }
2691
2692 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2693   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2694   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2695   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2696   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2697   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2698   \func{freopen}.}
2699 \end{funcproto}
2700
2701 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2702 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2703 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2704 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2705 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2706
2707 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2708 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2709 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2710 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2711 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2712
2713 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2714 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2715 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2716 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
2717 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2718
2719 \begin{table}[htb]
2720   \centering
2721   \footnotesize
2722   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2723     \hline
2724     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2725     \hline
2726     \hline
2727     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2728                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2729                  file.\\ 
2730     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2731                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2732                  file.\\ 
2733 %    \hline
2734     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2735                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2736                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2737                  file.\\ 
2738     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2739                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2740                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2741                  file.\\ 
2742 %    \hline
2743     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2744                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2745                  scrittura.\\
2746     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2747                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2748                  scrittura.\\
2749     \hline
2750     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2751     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2752     \hline
2753   \end{tabular}
2754   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2755     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2756   \label{tab:file_fopen_mode}
2757 \end{table}
2758
2759 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2760 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2761 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2762 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2763 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2764 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2765 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2766 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2767
2768 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
2769 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2770 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2771 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2772 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2773 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2774
2775 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2776 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2777 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2778 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2779 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2780
2781 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2782 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2783 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2784 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2785 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2786 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2787 chiusura dello \textit{stream}.
2788
2789 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2790 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2791 impostati al valore
2792 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2793 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2794 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2795 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2796 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2797 operazione di I/O sul file.
2798
2799 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2800 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2801 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2802 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2803 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2804 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2805
2806 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2807 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2808 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2809 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2810 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2811 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2812 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2813
2814 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2815 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2816
2817 \begin{funcproto}{
2818 \fhead{stdio.h}
2819 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2820 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2821 }
2822
2823 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2824   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2825   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2826   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2827   \func{write} o \func{fflush}).
2828 }
2829 \end{funcproto}
2830
2831 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2832 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2833 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2834 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2835 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
2836 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2837 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2838
2839 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2840 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2841 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2842
2843 \begin{funcproto}{
2844 \fhead{stdio.h}
2845 \fdecl{int fcloseall(void)}
2846 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
2847 }
2848
2849 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2850   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
2851 \end{funcproto}
2852
2853 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2854 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2855 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2856 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2857 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2858 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2859
2860
2861 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2862 \label{sec:file_io}
2863
2864 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2865 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2866 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
2867 input/output non formattato:
2868 \begin{itemize}
2869 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2870    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2871    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2872 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2873    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2874    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2875 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2876    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2877    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2878 \end{itemize}
2879 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2880 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2881
2882 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2883 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2884 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2885
2886 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2887 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2888 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2889 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2890 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2891 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2892 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
2893 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2894
2895 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2896 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2897 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2898 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2899
2900 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2901 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2902 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2903 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2904 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2905 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2906
2907 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2908 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2909 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2910 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2911 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2912 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2913
2914 \begin{funcproto}{
2915 \fhead{stdio.h}
2916 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2917 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
2918 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2919 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
2920 }
2921
2922 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2923   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2924 \end{funcproto}
2925
2926 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2927 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2928 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2929 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2930
2931 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2932 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2933
2934 \begin{funcproto}{
2935 \fhead{stdio.h}
2936 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2937 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2938   \textit{stream}.}
2939 }
2940
2941 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
2942 \end{funcproto}
2943
2944 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2945 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2946 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2947 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2948 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2949 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2950 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2951
2952 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2953 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2954 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2955 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
2956 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
2957 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
2958 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
2959 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
2960
2961 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2962 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2963 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2964 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2965 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2966 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2967 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2968 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2969 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2970 l'offset rispetto al record corrente.
2971
2972 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2973 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2974 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2975 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2976 rispettivi prototipi sono:
2977
2978 \begin{funcproto}{
2979 \fhead{stdio.h}
2980 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2981 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
2982 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2983 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
2984 }
2985
2986 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2987   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2988   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2989 \end{funcproto}
2990
2991 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2992 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2993 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2994 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2995 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
2996 successo e -1 in caso di errore.
2997
2998 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2999 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3000 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3001 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3002
3003 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3004 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3005
3006 \begin{funcproto}{
3007 \fhead{stdio.h}
3008 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
3009 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
3010 }
3011
3012 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3013   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
3014 \end{funcproto}
3015
3016 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3017 \textit{stream}.
3018
3019 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3020 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3021 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3022 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3023 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3024 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3025
3026 \begin{funcproto}{
3027 \fhead{stdio.h}
3028 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3029 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
3030 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3031 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
3032 }
3033
3034 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3035   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3036 \end{funcproto}
3037
3038 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3039 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3040 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3041 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3042 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3043 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3044 sistemi più moderni.
3045
3046 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3047
3048
3049
3050 \subsection{Input/output binario}
3051 \label{sec:file_binary_io}
3052
3053 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3054 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3055 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3056 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3057 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3058 i rispettivi prototipi sono:
3059
3060 \begin{funcproto}{
3061 \fhead{stdio.h} 
3062 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3063 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
3064 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
3065   FILE *stream)}
3066 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
3067 }
3068
3069 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3070   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3071   richiesto.}
3072 \end{funcproto}
3073
3074 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3075 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
3076 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3077 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3078 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3079 chiamata del tipo:
3080 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3081 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3082 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3083 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3084 si avrà allora una chiamata tipo:
3085 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3086 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3087 elemento. 
3088
3089 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3090 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3091 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3092 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3093
3094 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3095 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3096 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3097 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3098 corrispondente alla quantità di dati letti).
3099
3100 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3101 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3102 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3103 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3104 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3105 problema.
3106
3107 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3108 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3109 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3110 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3111 stesso programma che li ha prodotti.
3112
3113 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3114 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3115 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3116 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3117 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3118 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3119 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3120 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3121
3122 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3123 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3124 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3125 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3126 eventuali differenze.
3127
3128 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3129 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3130 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3131 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3132 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3133
3134 \begin{funcproto}{
3135 \fhead{stdio.h}
3136 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3137     nmemb, FILE *stream)}
3138 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3139     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3140 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3141   implicito sullo stesso.} 
3142 }
3143
3144 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3145   \func{fwrite}.}
3146 \end{funcproto}
3147
3148 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3149
3150
3151 \subsection{Input/output a caratteri}
3152 \label{sec:file_char_io}
3153
3154 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3155 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3156 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3157 rispettivi prototipi sono:
3158
3159 \begin{funcproto}{
3160 \fhead{stdio.h}
3161 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3162 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3163 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3164 \fdecl{int getchar(void)}
3165 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.} 
3166 }
3167
3168 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3169   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3170 \end{funcproto}
3171
3172 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3173 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3174 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3175 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3176
3177 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3178 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3179 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3180 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3181 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3182 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3183 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3184 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3185
3186 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3187 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3188 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3189 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3190 precedenza nel tipo di argomento).
3191
3192 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3193 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3194 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3195 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3196
3197 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3198 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3199 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3200 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3201 è:
3202
3203 \begin{funcproto}{
3204 \fhead{stdio.h} 
3205 \fhead{wchar.h}
3206 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3207 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3208 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3209 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3210 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.} 
3211 }
3212
3213 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3214   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3215 \end{funcproto}
3216
3217 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3218 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3219 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3220 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3221
3222 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3223 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3224 loro prototipi sono:
3225
3226 \begin{funcproto}{
3227 \fhead{stdio.h} 
3228 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3229 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3230 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3231 \fdecl{int putchar(int c)}
3232 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3233 }
3234
3235 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3236   \val{EOF} per un errore.}  
3237 \end{funcproto}
3238
3239 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3240 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3241 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3242 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3243 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3244 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3245 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3246 ritorno è \val{EOF}.
3247
3248 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3249 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3250 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3251 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3252 il lock implicito dello \textit{stream}.
3253
3254 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3255 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3256 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3257
3258 \begin{funcproto}{
3259 \fhead{stdio.h} 
3260 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3261 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3262 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3263 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3264 }
3265
3266 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3267   \val{EOF} per un errore.}
3268 \end{funcproto}
3269
3270 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3271 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3272 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3273 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3274
3275 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3276 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3277 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3278 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3279 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3280 viene dopo.
3281
3282 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3283 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3284 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3285 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3286
3287 \begin{funcproto}{
3288 \fhead{stdio.h}
3289 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3290 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3291 }
3292
3293 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3294   errore.}  
3295 \end{funcproto}
3296  
3297 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3298 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3299 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3300 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3301 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3302 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3303
3304 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3305 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3306 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3307 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3308 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3309 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3310
3311 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3312 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3313 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3314
3315 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3316 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3317 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3318 rimandati indietro vengono scartati.
3319
3320
3321 \subsection{Input/output di linea}
3322 \label{sec:file_line_io}
3323
3324 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3325 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3326 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3327 caratteristiche più controverse.
3328
3329 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3330 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3331 prototipi sono:
3332
3333 \begin{funcproto}{
3334 \fhead{stdio.h}
3335 \fdecl{char *gets(char *string)}
3336 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3337 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3338 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3339 }
3340
3341 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3342   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3343 \end{funcproto}
3344  
3345 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3346 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3347 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3348 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3349 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3350 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3351 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3352 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3353 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3354 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3355
3356 \itindbeg{buffer~overflow}
3357
3358 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3359 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3360 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3361 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3362 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3363 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3364 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3365   nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3366
3367 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3368 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3369 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3370 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3371 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3372 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3373 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3374 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3375
3376 \itindend{buffer~overflow}
3377
3378 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3379 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3380 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3381 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3382 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3383 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3384 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3385 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3386 successiva.
3387
3388 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3389 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3390 rispettivi prototipi sono:
3391
3392 \begin{funcproto}{
3393 \fhead{stdio.h}
3394 \fdecl{int puts(char *string)}
3395 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3396 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3397 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.} 
3398 }
3399
3400 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3401   per un errore.}
3402 \end{funcproto}
3403
3404 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3405 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3406 la scrive sul file indicato da \param{stream}.  Dato che in questo caso si
3407 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3408 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3409   output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3410 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3411 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3412 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3413
3414 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3415 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3416 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3417 loro prototipi sono:
3418
3419 \begin{funcproto}{
3420 \fhead{wchar.h}
3421 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3422 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3423 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3424 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3425 }
3426
3427 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3428   negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3429   fine del file.}
3430 \end{funcproto}
3431
3432
3433 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3434 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3435 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3436 da \param{stream}.  Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3437 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3438 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3439 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3440
3441 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
3442 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3443 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3444 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3445 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3446 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3447 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3448
3449 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3450 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3451 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3452 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3453 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3454 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3455 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3456 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3457 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3458 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3459
3460 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
3461 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3462 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3463 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3464 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3465 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3466 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3467
3468 \begin{funcproto}{
3469 \fhead{stdio.h}
3470 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3471 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.} 
3472 }
3473
3474 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3475   per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3476 \end{funcproto}
3477
3478 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3479 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3480 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3481 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3482 stringa da leggere. 
3483
3484 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3485 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3486 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3487 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3488 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3489 dimensioni del buffer suddetto.
3490
3491 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3492 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3493 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3494 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3495 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3496 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3497
3498 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3499 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3500 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3501 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3502 essere il seguente: 
3503 \includecodesnip{listati/getline.c} 
3504 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3505 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3506
3507 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3508 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3509 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3510 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3511 il \textit{newline} per terminare la stringa.  Se si è alla fine del file e
3512 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3513 $-1$.
3514
3515 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3516 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3517 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3518 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3519
3520 \begin{funcproto}{
3521 \fhead{stdio.h}
3522 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} 
3523 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3524   scelto.} 
3525 }
3526
3527 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3528   \func{getline}.}
3529 \end{funcproto}
3530
3531 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3532 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3533 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3534 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3535 dell'argomento \param{delim}.
3536
3537
3538 \subsection{Input/output formattato}
3539 \label{sec:file_formatted_io}
3540
3541 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3542 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3543 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3544 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3545
3546 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3547 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3548 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3549
3550 \begin{funcproto}{
3551 \fhead{stdio.h} 
3552 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3553 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}