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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37 descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 \itindbeg{process~table}
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101 ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102 all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei file descriptor.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
122 \itindend{process~table}
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
149 \itindbeg{standard~input}
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2. Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160 error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
162 \itindend{file~descriptor}
165 Benché questa sia alla fine soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
166 totalità delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
178 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
181 \constd{STDIN\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard input}.\\
182 \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183 \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
186 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187 \label{tab:file_std_files}
190 \itindend{standard~input}
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \itindend{file~table}
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231 nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
241 \fdesc{Apre un file.}
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
247 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato \const{O\_CREAT} indicando un pathname
252 con caratteri non supportati dal filesystem sottostante o si è richiesto
253 \const{O\_TMPFILE} senza indicare \const{O\_WRONLY} o \const{O\_RDWR} o si
254 è usato \const{O\_DIRECT} per un filesystem che non lo supporta.
255 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e o si è
256 tentato un accesso che prevede la scrittura o si è usato
257 \const{O\_TMPFILE} con accesso che prevede la scrittura ma il kernel non
258 supporta la funzionalità.
259 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto, in genere
260 dovuto al fatto che si è compilata una applicazione a 32 bit senza
261 abilitare il supporto per le dimensioni a 64 bit; questo è il valore
262 restituito fino al kernel 2.6.23, coi successivi viene restituito
263 \errcode{EOVERFLOW} come richiesto da POSIX.1.
264 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
265 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
266 \param{pathname} è un collegamento simbolico (e non si è usato
268 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
269 dispositivo che non esiste.
270 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
271 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente, o si riferisce ad una
272 directory inesistente, si è usato \const{O\_TMPFILE} con accesso che
273 prevede la scrittura ma il kernel non supporta la funzionalità.
274 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
275 \param{pathname} non è una directory.
276 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
277 \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
278 nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
279 dispositivo è assente.
280 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
281 amministratori né proprietari del file.
282 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
283 di un programma in esecuzione.
284 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
285 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
287 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
288 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
289 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
292 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
293 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
294 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
295 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
296 essergli assegnati.\footnote{questo è possibile solo se si è usato in
297 \param{flags} uno fra \const{O\_CREATE} e \const{O\_TMPFILE}, in tutti gli
298 altri casi sarà ignorato.} I valori possibili sono gli stessi già visti in
299 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
300 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
301 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
302 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
304 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
305 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
306 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
307 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
308 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
309 input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
310 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
312 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
313 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
314 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
315 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
316 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
317 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
318 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
319 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
320 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
322 \itindbeg{file~status~flags}
324 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
325 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
326 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
327 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
328 cosiddetti \textit{file status flags} (i \textsl{flag di stato} del file), che
329 vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che
330 abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
332 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
333 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
334 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
335 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
336 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
337 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
339 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
340 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
341 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
342 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
343 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
344 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
349 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
351 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
354 \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
355 \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
356 \constd{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
359 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360 nell'apertura di un file.}
361 \label{tab:open_access_mode_flag}
364 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
365 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
366 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
367 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
368 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
369 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
370 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
371 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
372 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
373 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
374 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
375 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
376 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
378 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
379 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
380 flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
381 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
382 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
383 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
384 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
385 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
386 standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
387 di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
388 system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
389 comunque il caso di utilizzarle.}
391 \itindend{file~status~flags}
393 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
394 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
395 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
396 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
397 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
398 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
399 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
400 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
401 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
402 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
403 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
408 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
410 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
413 \constd{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
414 di titolarità del file viste in
415 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
416 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
417 essere sempre specificato.\\
418 \constd{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
419 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
420 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
421 serve ad evitare dei possibili
422 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
423 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
424 viene chiamata su una \textit{fifo} o su un
425 dispositivo associato ad una unità a nastri. Non
426 viene usato al di fuori dell'implementazione di
427 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
428 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
429 \constd{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
430 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
431 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
432 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
433 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
434 \constd{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
435 l'apertura di file molto grandi, la cui
436 dimensione non è rappresentabile con la versione a
437 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
438 l'interfaccia alternativa abilitata con la
439 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
440 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
441 sempre preferibile usare la conversione automatica
442 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
443 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
445 \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
446 di terminale, questo non diventerà il terminale di
447 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
448 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
449 \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
450 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
451 aggiunta in Linux a partire dal kernel
452 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
453 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
454 \const{O\_TMPFILE} & Consente di creare un file temporaneo anonimo, non
455 visibile con un pathname sul filesystem, ma
456 leggibile e scrivibile all'interno del processo.
457 Introdotto con il kernel 3.11, è specifico di
459 \constd{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
460 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
461 una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi
462 il comportamento non è specificato.\\
465 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
467 \label{tab:open_time_flag}
470 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
471 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
472 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
473 bloccato nelle risposte all'attacco.}
475 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
476 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
477 flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock}
478 e \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
479 sez.~\ref{sec:file_locking}), si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
480 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
481 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
482 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
483 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
485 Si tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da
486 NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene
487 emulata controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un
488 file di lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}, in tal caso
489 infatti un file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura
490 con \const{O\_CREAT}; la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
491 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
492 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
494 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
495 indefinito, escluso il caso in cui viene usato con \const{O\_TMPFILE} su cui
496 torneremo più avanti; un'altra eccezione è quello in cui lo si usa da solo su
497 un file di dispositivo, in quel caso se questo è in uso (ad esempio se è
498 relativo ad un filesystem che si è montato) si avrà un errore di
499 \errval{EBUSY}, e pertanto può essere usato in questa modalità per rilevare lo
500 stato del dispositivo.
502 Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre specificare
503 l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga presente che
504 indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in seguito
505 potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene aperto
506 l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
507 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
508 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
509 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
510 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
511 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
513 Il flag \label{open_o_tmpfile_flag} \constd{O\_TMPFILE}, introdotto con il
514 kernel 3.11,\footnote{inizialmente solo su alcuni filesystem (i vari
515 \acr{extN}, \acr{Minix}, \acr{UDF}, \acr{shmem}) poi progressivamente esteso
516 ad altri (\acr{XFS} con il 3.15, \acr{Btrfs} e \acr{F2FS} con il 3.16,
517 \acr{ubifs} con il 4.9).} consente di aprire un file temporaneo senza che
518 questo venga associato ad un nome e compaia nel filesystem. In questo caso la
519 funzione restituirà un file descriptor da poter utilizzare per leggere e
520 scrivere dati, ma il contenuto dell'argomento \param{path} verrà usato
521 solamente per determinare, in base alla directory su cui si verrebbe a trovare
522 il \textit{pathname} indicato, il filesystem all'interno del quale deve essere
523 allocato l'\textit{inode} e lo spazio disco usato dal file
524 descriptor. L'\textit{inode} resterà anonimo e l'unico riferimento esistente
525 sarà quello contenuto nella \textit{file table} del processo che ha chiamato
528 Lo scopo principale del flag è quello fornire una modalità atomica, semplice e
529 sicura per applicare la tecnica della creazione di un file temporaneo seguita
530 dalla sua immediata cancellazione con \func{unlink} per non lasciare rimasugli
531 sul filesystem, di cui è parlato in sez.~\ref{sec:link_symlink_rename}.
532 Inoltre, dato che il file non compare nel filesystem, si evitano alla radice
533 tutti gli eventuali problemi di \textit{race condition} o \textit{symlink
534 attack} e non ci si deve neanche preoccupare di ottenere un opportuno nome
535 univoco con l'uso delle funzioni di sez.~\ref{sec:file_temp_file}.
537 Una volta aperto il file vi si potrà leggere o scrivere a seconda che siano
538 utilizzati \const{O\_RDWR} o \const{O\_WRONLY}, mentre l'uso di
539 \func{O\_RDONLY} non è consentito, non avendo molto senso ottenere un file
540 descriptor su un file che nasce vuoto per cui non si potrà comunque leggere
541 nulla. L'unico altro flag che può essere utilizzato insieme a
542 \const{O\_TMPFILE} è \const{O\_EXCL}, che in questo caso assume però un
543 significato diverso da quello ordinario, dato che in questo caso il file
544 associato al file descriptor non esiste comunque.
546 L'uso di \const{O\_EXCL} attiene infatti all'altro possibile impiego di
547 \const{O\_TMPFILE} oltre a quello citato della creazione sicura di un file
548 temporaneo come sostituto sicuro di \func{tmpfile}: la possibilità di creare
549 un contenuto iniziale per un file ed impostarne permessi, proprietario e
550 attributi estesi con \func{fchmod}, \func{fchown} e \func{fsetxattr}, senza
551 possibilità di \textit{race condition} ed interferenze esterne, per poi far
552 apparire il tutto sul filesystem in un secondo tempo utilizzando \func{linkat}
553 sul file descriptor (torneremo su questo in sez.~\ref{sec:file_openat}) per
554 dargli un nome. Questa operazione però non sarà possibile se si è usato
555 \const{O\_EXCL}, che in questo caso viene ad assumere il significato di
556 escludere la possibilità di far esistere il file anche in un secondo tempo.
558 % NOTE: per O_TMPFILE vedi: http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
559 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
565 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
567 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
570 \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
571 posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
572 viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
573 quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
574 precedente. Con NFS questa funzionalità non è
575 supportata e viene emulata, per questo possono
576 verificarsi \textit{race condition} con una
577 sovrapposizione dei dati se più di un processo
578 scrive allo stesso tempo.\\
579 \constd{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
580 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
581 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
582 tutte le volte che il file è pronto per le
583 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
584 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
585 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle
586 \textit{fifo}. Per un bug dell'implementazione non
587 è opportuno usarlo in fase di apertura del file,
588 deve invece essere attivato successivamente con
590 \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
591 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
592 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
593 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
594 \textit{race condition} che si potrebbe verificare
595 con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
596 l'impostazione della suddetta modalità con
598 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
599 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
600 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
601 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
602 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
603 utilizzabile soltanto se si è definita la
604 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
605 \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
606 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
607 molti filesystem questa funzionalità non è
608 disponibile per il singolo file ma come opzione
609 generale da specificare in fase di
610 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
611 utilizzabile soltanto se si è definita la
612 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
613 \constd{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
614 le operazioni di I/O (vedi
615 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
616 il fallimento delle successive operazioni di
617 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
618 per la loro esecuzione immediata, invece del
619 blocco delle stesse in attesa di una successiva
620 possibilità di esecuzione come avviene
621 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
622 \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}),
623 o quando si vuole aprire un file di dispositivo
624 per eseguire una \func{ioctl} (vedi
625 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
626 \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
627 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
628 una \func{read} con un valore nullo e non con un
629 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
630 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
631 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
632 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
633 \const{O\_PATH} & Ottiene un file descriptor io cui uso è limitato
634 all'indicare una posizione sul filesystem o
635 eseguire operazioni che operano solo a livello del
636 file descriptor (e non di accesso al contenuto del
637 file). Introdotto con il kernel 2.6.39, è specifico
639 \constd{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
640 scrittura si bloccherà fino alla conferma
641 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
642 sull'hardware sottostante (in questo significato
643 solo dal kernel 2.6.33).\\
644 \constd{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
645 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
646 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
647 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
648 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
651 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
653 \label{tab:open_operation_flag}
656 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
657 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
658 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
659 eseguite sul file o le modalità in cui lo si potrà utilizzare. Tutti questi,
660 tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene mantenuto per ogni singolo file
661 descriptor, vengono salvati nel campo \var{f\_flags} della struttura
662 \kstruct{file} insieme al valore della \textsl{modalità di accesso}, andando
663 far parte dei \textit{file status flags}. Il loro valore viene impostato alla
664 chiamata di \func{open}, ma possono venire riletti in un secondo tempo con
665 \func{fcntl}, inoltre alcuni di essi possono anche essere modificati tramite
666 questa funzione, con conseguente effetto sulle caratteristiche operative che
667 controllano (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
669 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
670 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
671 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
672 ancora presente nella pagina di manuale, almeno fino al novembre 2018.} non
673 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
674 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
675 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
676 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
677 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
678 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
680 Il flag \constd{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
681 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
682 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
683 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
684 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
685 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
686 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
687 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
688 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
691 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
692 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
693 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
694 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
695 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
696 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
697 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
698 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
699 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
700 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
702 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
703 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
704 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
705 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
706 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
707 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
708 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere se si usa
709 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
711 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
712 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
713 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
714 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
716 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
717 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
718 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
719 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
720 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
721 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
722 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
723 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
724 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
725 sincronizzazione non sia completata.
727 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
728 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
729 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
730 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
731 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
732 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
733 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
734 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
735 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
736 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
737 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
739 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
740 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
742 Il flag \constd{O\_PATH},\label{open_o_path_flag} introdotto con il kernel
743 2.6.39, viene usato per limitare l'uso del file descriptor restituito da
744 \func{open} o all'identificazione di una posizione sul filesystem (ad uso
745 delle \textit{at-functions} che tratteremo in sez.~\ref{sec:file_openat}) o
746 alle operazioni che riguardano il file descriptor in quanto tale, senza
747 consentire operazioni sul file; in sostanza se si apre un file con
748 \const{O\_PATH} si potrà soltanto:
750 \item usare il file descriptor come indicatore della directory di partenza con
751 una delle \textit{at-functions} (vedi sez.~\ref{sec:file_openat});
752 \item cambiare directory di lavoro con \func{fchdir} se il file descriptor fa
753 riferimento a una directory (dal kernel 3.5);
754 \item usare le funzioni che duplicano il file descriptor (vedi
755 sez.~\ref{sec:file_dup});
756 \item passare il file descriptor ad un altro processo usando un socket
757 \const{PF\_UNIX} (vedi sez.~\ref{sec:unix_socket})
758 \item ottenere le informazioni relative al file con \func{fstat} (dal kernel
759 3.6) o al filesystem con \func{fstatfs} (dal kernel 3.12);
760 \item ottenere il valore dei \textit{file descriptor flags} (fra cui comparirà
761 anche lo stesso \const{O\_PATH}) o impostare o leggere i \textit{file status
762 flags} con \func{fcntl} (rispettivamente con le operazioni
763 \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFD} e \const{F\_GETFD}, vedi
764 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
765 \item chiudere il file con \func{close}.
768 In realtà usando \const{O\_PATH} il file non viene effettivamente aperto, per
769 cui ogni tentativo di usare il file descriptor così ottenuto con funzioni che
770 operano effettivamente sul file (come ad esempio \func{read}, \func{write},
771 \func{fchown}, \func{fchmod}, \func{ioctl}, ecc.) fallirà con un errore di
772 \errval{EBADF}, come se questo non fosse un file descriptor valido. Per questo
773 motivo usando questo flag non è necessario avere nessun permesso per aprire un
774 file, neanche quello di lettura (ma occorre ovviamente avere il permesso di
775 esecuzione per le directory sovrastanti).
777 Questo consente di usare il file descriptor con funzioni che non richiedono
778 permessi sul file, come \func{fstat}, laddove un'apertura con
779 \const{O\_RDONLY} sarebbe fallita. I permessi verranno eventualmente
780 controllati, se necessario, nelle operazioni seguenti, ad esempio per usare
781 \func{fchdir} con il file descriptor (se questo fa riferimento ad una
782 directory) occorrerà avere il permesso di esecuzione.
784 Se si usa \const{O\_PATH} tutti gli altri flag eccettuati \const{O\_CLOEXEC},
785 \const{O\_DIRECTORY} e \const{O\_NOFOLLOW} verranno ignorati. I primi due
786 mantengono il loro significato usuale, mentre \const{O\_NOFOLLOW} fa si che se
787 il file indicato è un un link simbolico venga aperto quest'ultimo (cambiando
788 quindi il comportamento ordinario che prova il fallimento della chiamata),
789 così da poter usare il file descriptor ottenuto per le funzioni
790 \func{fchownat}, \func{fstatat}, \func{linkat} e \func{readlinkat} che ne
791 supportano l'uso come come primo argomento (torneremo su questo in
792 sez.~\ref{sec:file_openat}).
794 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
795 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
796 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
797 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
798 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
802 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
803 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
806 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
807 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
811 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
812 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
813 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
816 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
817 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
818 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
819 disponibile; il suo prototipo è:
823 \fdecl{int close(int fd)}
824 \fdesc{Chiude un file.}
827 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
828 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
830 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
831 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
833 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
836 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
837 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
838 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
839 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
840 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
841 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
842 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
845 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
846 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
847 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
848 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
849 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \itindex{write-behind}
850 \textit{write-behind}, per cui una \func{write} può avere successo anche se i
851 dati non sono stati effettivamente scritti su disco. In questo caso un
852 eventuale errore di I/O avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre
853 verrebbe riportato alla chiusura esplicita del file. Per questo motivo non
854 effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
855 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
856 e le quote su disco.}
858 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
859 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
860 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
861 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente lo scarico
862 dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al comportamento
863 dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni dell'accesso al
864 disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva l'abitudine di
865 alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo prima di eseguire
866 lo shutdown di una macchina.
868 Si tenga comunque presente che ripetere la chiusura in caso di fallimento non
869 è opportuno, una volta chiamata \func{close} il file descriptor viene comunque
870 rilasciato, indipendentemente dalla presenza di errori, e se la riesecuzione
871 non comporta teoricamente problemi (se non la sua inutilità) se fatta
872 all'interno di un processo singolo, nel caso si usino i \textit{thread} si
873 potrebbe chiudere un file descriptor aperto nel contempo da un altro
876 \subsection{La gestione della posizione nel file}
877 \label{sec:file_lseek}
879 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
880 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
881 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
882 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
883 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
884 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
886 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
887 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
888 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
889 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
895 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
896 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
899 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
900 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
902 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
903 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
905 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
908 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
911 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
912 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
913 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
914 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
915 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
916 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
917 \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
918 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
919 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
920 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
921 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
922 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
927 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
929 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
932 \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
933 deve essere positivo, di \param{offset} indica
934 direttamente la nuova posizione corrente.\\
935 \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
936 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
937 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
939 \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
940 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
941 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
944 \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
945 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
946 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
948 \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
949 \textit{hole} nel file che segue o inizia
950 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
951 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
952 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
953 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
956 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
957 \label{tab:lseek_whence_values}
961 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
962 % http://lwn.net/Articles/439623/
964 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
965 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
966 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
967 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
968 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
969 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
971 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
972 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
973 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
974 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
975 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
976 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
977 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
978 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
981 \itindbeg{sparse~file}
982 \index{file!\textit{hole}|(}
984 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
985 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
986 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
987 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato un
988 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file. Il nome deriva dal fatto
989 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
990 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file e la nuova parte,
991 scritta dopo lo spostamento, non corrisponde ad una allocazione effettiva di
992 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
995 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
996 sistema unix-like e quando si ha questa situazione si dice che il file in
997 questione è uno \textit{sparse file}. In sostanza, se si ricorda la struttura
998 di un filesystem illustrata in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che
999 accade è che nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un
1000 blocco di dati a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla
1001 per le posizioni intermedie. In caso di lettura sequenziale del contenuto del
1002 file il kernel si accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri
1003 come contenuto di quella parte del file.
1005 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
1006 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
1007 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
1008 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
1009 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
1010 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
1011 effettivamente allocati per il file.
1013 Tutto ciò avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un
1014 file è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio
1015 disco effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le
1016 altre proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente
1017 quando si estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo
1018 \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata
1019 ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
1021 Questo comporta che la dimensione di un file, fintanto che lo si è scritto
1022 sequenzialmente, sarà corrispondente alla quantità di spazio disco da esso
1023 occupato, ma possono esistere dei casi, come questo in cui ci si sposta in una
1024 posizione oltre la fine corrente del file, o come quello accennato in
1025 sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di un file con
1026 una \func{truncate}, in cui si modifica soltanto il valore della dimensione di
1027 \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Così è possibile creare
1028 inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza dover occupare da
1029 subito dello spazio disco che in realtà sarebbe inutilizzato.
1031 \itindend{sparse~file}
1033 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
1034 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
1035 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
1036 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
1037 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
1038 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
1039 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
1040 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
1041 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
1042 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
1043 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
1046 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
1047 buco in un file è lasciata all'implementazione del filesystem, dato che oltre
1048 a quelle classiche appena esposte esistono vari motivi per cui una sezione di
1049 un file può non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può
1050 essere stata preallocata con \func{fallocate}, vedi
1051 sez.~\ref{sec:file_fadvise}). Questo significa che l'uso di questi nuovi
1052 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
1053 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
1054 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1056 \index{file!\textit{hole}|)}
1059 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
1060 \label{sec:file_read}
1062 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
1063 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
1068 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
1069 \fdesc{Legge i dati da un file.}
1072 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1073 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1075 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
1076 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1077 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1078 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1079 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1080 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1081 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1083 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1084 essendo in background ignorando o bloccando \const{SIGTTIN} (vedi
1085 sez.~\ref{sec:term_io_design}) o per errori di basso livello sul supporto.
1087 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1088 significato generico.}
1091 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1092 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}.\footnote{fino ad
1093 un massimo di \const{0x7ffff000} byte, indipendentemente che l'architettura
1094 sia a 32 o 64 bit.} Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
1095 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
1096 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato. Inoltre che non è
1097 detto che la funzione \func{read} restituisca il numero di byte richiesto, ci
1098 sono infatti varie ragioni per cui la funzione può restituire un numero di
1099 byte inferiore: questo è un comportamento normale, e non un errore, che
1100 bisogna sempre tenere presente.
1102 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1103 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1104 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1105 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1106 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
1107 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1108 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1109 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1110 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1112 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1113 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1114 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1115 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1116 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1117 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1118 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1119 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1121 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1122 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1123 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1124 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1125 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1126 applicano anche ulteriori condizioni che approfondiremo in
1127 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1129 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1130 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1131 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1132 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1133 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1134 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
1135 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1136 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1137 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1138 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1139 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1140 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1141 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1142 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1143 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1145 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1146 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1147 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1148 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1149 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1150 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1151 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1152 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1153 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1154 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1158 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1159 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1162 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1163 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1164 \func{read} e \func{lseek}.}
1167 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1168 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1169 una posizione sul file a partire dalla quale verranno letti i \param{count}
1170 byte. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno, ma la posizione
1171 corrente sul file resterà invariata. Il valore di \param{offset} fa sempre
1172 riferimento all'inizio del file.
1174 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{lseek} alla
1175 posizione indicata da \param{offset} seguita da una \func{read}, seguita da
1176 un'altra \func{lseek} che riporti al valore iniziale della posizione corrente
1177 sul file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1178 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1179 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è particolarmente utile in caso di
1180 programmazione \textit{multi-thread} (vedi sez.~\ref{cha:threads}) quando
1181 all'interno di un processo si vuole che le operazioni di un \textit{thread}
1182 non possano essere influenzata da eventuali variazioni della posizione sul
1183 file effettuate da altri \textit{thread}.
1185 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1186 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1187 \textit{Single Unix Specification} con un valore della macro
1188 \macro{\_XOPEN\_SOURCE} maggiore o uguale a 500 o a partire dalla \acr{glibc}
1189 2.12 con un valore dalla macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} maggiore o uguale al
1190 valore \val{200809L}. Si ricordi di definire queste macro prima
1191 dell'inclusione del file di dichiarazione \headfile{unistd.h}.
1194 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1195 \label{sec:file_write}
1197 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1198 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1203 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1204 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1207 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1208 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1210 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1211 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1212 \item[\errcode{EDESTADDRREQ}] si è eseguita una scrittura su un socket di
1213 tipo \textit{datagram} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type}) senza aver prima
1214 connesso il corrispondente con \func{connect} (vedi
1215 sez.~\ref{sec:UDP_sendto_recvfrom}).
1216 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1217 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1218 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1219 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1220 potuto scrivere qualsiasi dato.
1221 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1222 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1223 \item[\errcode{EPERM}] la scrittura è proibita da un \textit{file seal}
1224 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1225 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1226 altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1227 segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1228 la funzione ritorna questo errore.
1230 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO},
1231 \errval{EISDIR}, \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1235 \itindbeg{append~mode}
1237 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1238 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1239 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1240 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1241 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1242 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1243 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1244 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1246 \itindend{append~mode}
1248 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1249 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1250 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1251 stesso comportamento di \func{read}.
1253 Anche per \func{write} lo standard Unix98 (ed i successivi POSIX.1-2001 e
1254 POSIX.1-2008) definiscono un'analoga \funcd{pwrite} per scrivere alla
1255 posizione indicata senza modificare la posizione corrente nel file, il suo
1260 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1261 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1264 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1265 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1266 \func{write} e \func{lseek}.}
1269 \noindent per questa funzione valgono le stesse considerazioni fatte per
1270 \func{pread}, a cui si aggiunge il fatto che su Linux, a differenza di quanto
1271 previsto dallo standard POSIX che richiederebbe di ignorarlo, se si è aperto
1272 il file con \const{O\_APPEND} i dati saranno comunque scritti in coda al file,
1273 ignorando il valore di \param{offset}.
1276 \section{Caratteristiche avanzate}
1277 \label{sec:file_adv_func}
1279 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1280 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1281 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1282 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1283 dell'argomento sarà comunque affrontato nel cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1286 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1287 \label{sec:file_shared_access}
1289 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1290 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1291 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1292 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1293 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1296 \begin{figure}[!htb]
1298 \includegraphics[width=11cm]{img/filemultacc}
1299 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1301 \label{fig:file_mult_acc}
1304 Il primo caso è quello in cui due processi indipendenti aprono lo stesso file
1305 su disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1306 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1307 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1308 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1309 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1312 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1313 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1314 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1315 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1316 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1318 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1319 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1320 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1321 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1322 della struttura \kstruct{inode}.
1323 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1324 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1325 dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1326 scrittura il file viene automaticamente esteso. Questa operazione avviene
1327 atomicamente, ogni altro processo che usi \const{O\_APPEND} vedrà la
1328 dimensione estesa e continuerà a scrivere in coda al file.
1329 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1330 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1331 c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1332 fine del file la posizione viene impostata leggendo la attuale dimensione
1333 corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1336 \begin{figure}[!htb]
1338 \includegraphics[width=11cm]{img/fileshar}
1339 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1340 \label{fig:file_acc_child}
1343 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1344 puntano alla stessa voce nella \textit{file table}. Questo è ad esempio il
1345 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1346 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1347 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1348 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1349 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1351 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1352 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1353 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1354 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1355 table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1356 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1357 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1358 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1359 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1360 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1361 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1364 \itindbeg{close-on-exec}
1366 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1367 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1368 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1369 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1370 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1371 anche altri flag detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor
1372 flags}. Questi invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò
1373 sono locali per ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli
1374 altri anche in caso di condivisione della stessa voce della \textit{file
1375 table}; l'unico usato al momento è quello di \textit{close-on-exec} che
1376 indica che il file descriptor deve essere chiuso in una \func{exec} (vedi
1377 sez.~\ref{sec:proc_exec}).
1379 \itindend{close-on-exec}
1381 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1382 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1383 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1384 restrizione dell'accesso impliciti quando più processi vogliono accedere allo
1385 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1386 sempre fatte da ogni processo in maniera indipendente, utilizzando una
1387 posizione corrente nel file che normalmente, a meno di non trovarsi nella
1388 situazione di fig.~\ref{fig:file_acc_child}, è locale a ciascuno di essi.
1390 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1391 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1392 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1393 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1394 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1395 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1396 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1397 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1398 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1400 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1401 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1402 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1403 fine del file con \func{lseek} e poi scrivere con \func{write} può condurre ad
1404 una \textit{race condition}; infatti può succedere che un secondo processo
1405 scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo
1406 caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo,
1407 avrà una posizione corrente che aveva impostato con \func{lseek} che non
1408 corrisponde più alla fine del file, e la sua successiva \func{write}
1409 sovrascriverà i dati del secondo processo.
1411 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1412 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1413 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1414 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1415 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1416 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1417 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1418 il file. Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1419 call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1420 realizza un'operazione atomica.
1423 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1424 \label{sec:file_dup}
1426 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1427 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1428 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo con la cosiddetta
1429 \textit{duplicazione} di un file descriptor. Per far questo si usa la funzione
1430 di sistema \funcd{dup}, il cui prototipo è:
1434 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1435 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1438 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1439 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1441 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1442 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1443 descriptor aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
1448 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1449 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1450 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1451 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1452 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1453 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1454 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1455 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1456 da cui il nome della funzione.
1458 \begin{figure}[!htb]
1459 \centering \includegraphics[width=11cm]{img/filedup}
1460 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1461 \label{fig:file_dup}
1464 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1465 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1466 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1467 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1468 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1469 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1472 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1473 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1474 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1475 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1476 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_shared_access}), questo verrà
1477 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1479 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1480 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1481 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1482 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1483 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1486 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1487 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1488 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1489 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1490 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1491 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un
1492 file descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso una
1493 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1494 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1495 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1496 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1498 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1499 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1500 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1501 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1502 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1503 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1504 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1508 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1509 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1512 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1513 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1515 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1516 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1517 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1519 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1520 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1526 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1527 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1528 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1529 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1530 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1531 e si limita a restituire \param{newfd}.
1533 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1534 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1535 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1536 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1537 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1538 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1539 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1542 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1543 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1544 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1545 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1546 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1547 abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1548 piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1549 aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1550 condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1551 OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1552 una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1554 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1555 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1556 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1557 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1558 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1559 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1560 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1561 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1562 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1563 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1564 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1566 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1567 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1568 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1569 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1570 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1574 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1575 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1578 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1579 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1580 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1581 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1585 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1586 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1587 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1588 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1589 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1592 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1593 \label{sec:file_sync}
1595 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1596 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1597 in maniera asincrona per ottimizzarle, ad esempio accorpando gli accessi alla
1598 stessa zona del disco in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione
1601 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione immediata dei dati
1602 il sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
1603 scarico dei dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di
1604 sistema è \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo
1605 usato a partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza
1606 la funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1610 \fdecl{void sync(void)}
1611 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1614 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1617 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1618 operazioni ritornando immediatamente, con Linux invece, fin dal kernel 1.3.20,
1619 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1620 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1621 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1622 suo meccanismo interno di bufferizzazione che a sua volta può ritardare
1623 ulteriormente la scrittura effettiva.
1625 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1626 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1627 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1628 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1629 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1630 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel. Nei
1631 kernel recenti questo comportamento può essere controllato con l'uso dei vari
1632 file \texttt{dirty\_*} in \sysctlfiled{vm/}.\footnote{si consulti la
1633 documentazione allegata ai sorgenti del kernel nel file
1634 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di argomenti di natura
1635 sistemistica non li prenderemo in esame.}
1637 Si tenga presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo
1638 veniva usata per controllare lo scaricamento dei dati, è deprecata a partire
1639 dal kernel 2.6 e causa semplicemente la stampa di un messaggio nei log del
1640 kernel, e non è più presente dalle \acr{glibc} 2.23, pertanto non la
1641 prenderemo in esame.
1643 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1644 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1645 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1650 \fdecl{int fsync(int fd)}
1651 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1652 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1653 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1656 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1657 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1659 \item[\errcode{EDQUOT}] si è superata un quota disco durante la
1661 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1662 sincronizzazione (talvolta anche \errval{EROFS}).
1663 \item[\errcode{EIO}] c'è stato un errore di I/O durante la sincronizzazione,
1664 che in questo caso può derivare anche da scritture sullo stesso file
1665 eseguite su altri file descriptor.
1666 \item[\errcode{ENOSPC}] si è esaurito lo spazio disco durante la
1669 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
1672 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1673 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1674 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1675 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1676 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1677 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1678 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1679 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1680 che evita le scritture non necessarie per avere l'integrità dei dati, come
1681 l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1683 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1684 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1685 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1686 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1687 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1688 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1689 automatica delle voci delle directory.}
1691 La funzione può restituire anche \errval{ENOSPC} e \errval{EDQUOT} per quei
1692 casi in cui l'allocazione dello spazio disco non viene effettuata
1693 all'esecuzione di una \func{write} (come NFS o altri filesystem di rete) per
1694 cui l'errore viene rilevato quando la scrittura viene effettivamente
1697 L'uso di \func{sync} può causare, quando ci sono più filesystem montati,
1698 problemi di prestazioni dovuti al fatto che effettua la sincronizzazione dei
1699 dati su tutti i filesystem, anche quando sarebbe sufficiente eseguirla
1700 soltanto su quello dei file su cui si sta lavorando; quando i dati in attesa
1701 sono molti questo può causare una alta attività di I/O ed i relativi problemi
1704 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1705 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1706 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1707 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1708 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1713 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1714 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1718 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1719 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1721 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1726 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1727 descriptor su cui si sta operando, e la registrazione immediata dei dati sarà
1728 limitata al filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1732 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e le altre}
1733 \label{sec:file_openat}
1735 \itindbeg{at-functions}
1737 Un problema generico che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1738 come con le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname},
1739 è la possibilità, quando si usa un \textit{pathname} che non fa riferimento
1740 diretto ad un file posto nella directory di lavoro corrente, che alcuni dei
1741 componenti dello stesso vengano modificati in parallelo alla chiamata a
1742 \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità di una \textit{race
1743 condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink attack} (si ricordi
1744 quanto visto per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management})
1745 cambiando una delle directory sovrastanti il file fra un controllo e la
1746 successiva apertura.
1748 Inoltre, come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1749 associata al singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1750 \textit{thread} questa è la stessa per tutti, per cui se la si cambia
1751 all'interno di un \textit{thread} il cambiamento varrà anche per tutti gli
1752 altri. Non esiste quindi con le funzioni classiche un modo semplice per far sì
1753 che i singoli \textit{thread} possano aprire file usando una propria directory
1754 per risolvere i \textit{pathname} relativi.
1756 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1757 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1758 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1759 funzioni di sistema, chiamate genericamente ``\textit{at-functions}'' in
1760 quanto usualmente contraddistinte dal suffisso \texttt{at}, che permettono
1761 l'apertura di un file (o le rispettive altre operazioni) usando un
1762 \textit{pathname} relativo ad una directory
1763 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1764 principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1765 \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1766 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1767 prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1768 \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1769 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1770 Essendo accomunate dalla stessa interfaccia le tratteremo insieme in questa
1771 sezione pur non essendo strettamente attinenti l'I/O su file.
1773 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1774 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1775 ad essere incluse in una recente revisione dello standard POSIX.1 (la
1776 POSIX.1-2008). Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1777 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE} (comunque attiva di default).
1779 L'uso di queste funzioni richiede una apertura preliminare della directory che
1780 si intende usare come base per la risoluzione dei \textit{pathname} relativi
1781 (ad esempio usando \func{open} con il flag \const{O\_PATH} visto in
1782 sez.~\ref{sec:file_open_close}) per ottenere un file descriptor che dovrà
1783 essere passato alle stesse. Tutte queste funzioni infatti prevedono la
1784 presenza un apposito argomento, in genere il primo che negli esempi seguenti
1785 chiameremo sempre \param{dirfd}, per indicare la directory di partenza.
1787 In questo modo, una volta aperta la directory di partenza, si potranno
1788 effettuare controlli ed aperture solo con \textit{pathname} relativi alla
1789 stessa, e tutte le \textit{race condition} dovute al possibile cambiamento di
1790 uno dei componenti posti al di sopra della stessa cesseranno di esistere.
1791 Inoltre, pur restando la directory di lavoro una proprietà comune del
1792 processo, si potranno usare queste funzioni quando si lavora con i
1793 \textit{thread} per eseguire la risoluzione dei \textit{pathname} relativi ed
1794 avere una directory di partenza diversa in ciascuno di essi.
1796 Questo metodo consente inoltre di ottenere aumenti di prestazioni
1797 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1798 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1799 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1800 \textit{pathname} di una qualunque directory di partenza una sola volta
1801 (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun
1802 file che essa contiene. Infine poter identificare una directory di partenza
1803 tramite il suo file descriptor consente di avere un riferimento stabile alla
1804 stessa anche qualora venisse rinominata, e tiene occupato il filesystem dove
1805 si trova come per la directory di lavoro di un processo.
1807 La sintassi generica di queste nuove funzioni prevede l'utilizzo come primo
1808 argomento del file descriptor della directory da usare come base per la
1809 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1810 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Come esempio prendiamo in
1811 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, il cui prototipo è:
1815 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1816 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1817 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.}
1820 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1821 \func{open}, ed in più:
1823 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1824 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1825 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1830 Il comportamento di \func{openat} è del tutto analogo a quello di \func{open},
1831 con la sola eccezione del fatto che se per l'argomento \param{pathname} si
1832 utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto rispetto alla
1833 directory indicata da \param{dirfd}; qualora invece si usi un
1834 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1835 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD} la
1836 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1837 processo. Questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1838 \headfile{fcntl.h}, per cui per usarla occorrerà includere comunque questo
1839 file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1841 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1842 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1843 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1844 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1845 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1846 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1847 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore di
1848 \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1853 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1855 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1858 \func{execveat} &$\bullet$&\func{execve} \\
1859 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1860 \func{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1861 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1862 \func{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1863 \funcm{futimesat}& -- & obsoleta \\
1864 \func{linkat} &$\bullet$&\func{link} \\
1865 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1866 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1867 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1868 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1869 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1870 \func{renameat} & -- &\func{rename} \\
1871 \func{renameat2}\footnotemark& -- &\func{rename} \\
1872 \funcm{scandirat}& -- &\func{scandir} \\
1873 \func{statx} &$\bullet$&\func{stat} \\
1874 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1875 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1876 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1879 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1880 corrispettive funzioni classiche.}
1881 \label{tab:file_atfunc_corr}
1884 \footnotetext{anche se la funzione ha un argomento \param{flags} questo
1885 attiene a funzionalità specifiche della stessa e non all'uso generico fatto
1886 nelle altre \textit{at-functions}, pertanto lo si è indicato come assente.}
1888 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1889 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1890 classica. Tutte seguono la convenzione appena vista per \func{openat}, in cui
1891 agli argomenti della funzione classica viene anteposto l'argomento
1892 \param{dirfd}. Per alcune, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1893 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1894 anche l'aggiunta di un argomento finale, \param{flags}, che è stato introdotto
1895 per fornire un meccanismo con cui modificarne il comportamento.
1897 Per tutte quelle che non hanno un argomento aggiuntivo il comportamento è
1898 identico alla corrispondente funzione ordinaria, pertanto non le tratteremo
1899 esplicitamente, vale per loro quanto detto con \func{openat} per l'uso del
1900 nuovo argomento \param{dirfd}. Tratteremo invece esplicitamente tutte quelle
1901 per cui l'argomento è presente, in quanto il loro comportamento viene
1902 modificato a seconda del valore assegnato a \param{flags}; questo deve essere
1903 passato come maschera binaria con una opportuna combinazione delle costanti
1904 elencate in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values}, in quanto sono
1905 possibili diversi valori a seconda della funzione usata.
1910 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1912 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1915 \constd{AT\_EMPTY\_PATH} & Usato per operare direttamente (specificando
1916 una stringa vuota per il \texttt{pathname})
1917 sul file descriptor \param{dirfd} che in
1918 questo caso può essere un file qualunque.\\
1919 \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1920 dereferenziazione dei collegamenti
1923 \constd{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1924 il controllo dei permessi sia fatto usando
1925 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1927 \constd{AT\_NO\_AUTOMOUNT} & Usato solo da \func{fstatat} e \func{statx},
1928 evita il montaggio automatico qualora
1929 \param{pathname} faccia riferimento ad una
1930 directory marcata per
1931 l'\textit{automount}\footnotemark
1932 (dal kernel 2.6.38).\\
1933 \constd{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1934 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1935 invece che come \func{unlink}.\\
1936 \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Usato solo da \func{linkat}, se impostato la
1937 funzione esegue la dereferenziazione dei
1938 collegamenti simbolici.\\
1941 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento aggiuntivo
1942 \param{flags} delle \textit{at-functions}, definite in
1943 \headfile{fcntl.h}.}
1944 \label{tab:at-functions_constant_values}
1947 \footnotetext{l'\textit{automount} \itindex{automount} è una funzionalità
1948 fornita dal kernel che consente di montare automaticamente una directory
1949 quando si accede ad un \textit{pathname} al di sotto di essa, per i
1950 dettagli, di natura prevalentemente sistemistica, si può consultare
1951 sez.~5.1.6 di \cite{AGL}.}
1953 Si tenga presente che non tutte le funzioni che prevedono l'argomento
1954 aggiuntivo sono \textit{system call}, ad esempio \func{faccessat} e
1955 \func{fchmodat} sono realizzate con dei \textit{wrapper} nella \acr{glibc} per
1956 aderenza allo standard POSIX.1-2008, dato che la \textit{system call}
1957 sottostante non prevede l'argomento \param{flags}.
1959 In tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} si sono elencati i valori
1960 utilizzabili per i flag (tranne quelli specifici di \func{statx} su cui
1961 torneremo più avanti), mantenendo nella prima parte quelli comuni usati da più
1962 funzioni. Il primo di questi è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che viene usato
1963 da tutte le funzioni tranne \func{linkat} e \func{unlinkat}, e che consente di
1964 scegliere, quando si sta operando su un collegamento simbolico, se far agire
1965 la funzione direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Si
1966 tenga presente però che per \funcm{fchmodat} questo, che è l'unico flag
1967 consentito e previsto dallo standard, non è attualmente implementato (anche
1968 perché non avrebbe molto senso cambiare i permessi di un link simbolico) e
1969 pertanto l'uso della funzione è analogo a quello delle altre funzioni che non
1970 hanno l'argomento \param{flags} (e non la tratteremo esplicitamente).
1972 L'altro flag comune è \const{AT\_EMPTY\_PATH}, utilizzabile a partire dal
1973 kernel 2.6.39, che consente di usare per \param{dirfd} un file descriptor
1974 associato ad un file qualunque e non necessariamente ad una directory; in
1975 particolare si può usare un file descriptor ottenuto aprendo un file con il
1976 flag \param{O\_PATH} (vedi quanto illustrato a
1977 pag.~\pageref{open_o_path_flag}). Quando si usa questo flag \param{pathname}
1978 deve essere vuoto, da cui il nome della costante, ed in tal caso la funzione
1979 agirà direttamente sul file associato al file descriptor \param{dirfd}.
1981 Una prima funzione di sistema che utilizza l'argomento \param{flag} è
1982 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown} che
1983 \func{lchown}; il suo prototipo è:
1988 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1990 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1993 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1994 \func{chown}, ed in più:
1996 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1997 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1998 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1999 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2004 In questo caso, oltre a quanto già detto per \func{openat} riguardo all'uso di
2005 \param{dirfd}, se si è impostato \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} in
2006 \param{flags}, si indica alla funzione di non eseguire la dereferenziazione di
2007 un eventuale collegamento simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come
2008 \func{lchown} invece che come \func{chown}. La funzione supporta anche l'uso
2009 di \const{AT\_EMPTY\_PATH}, con il significato illustrato in precedenza e non
2012 Una seconda funzione di sistema che utilizza l'argomento \param{flags}, in
2013 questo caso anche per modificare il suo comportamento, è \funcd{faccessat}, ed
2019 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
2020 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
2023 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2024 \func{access}, ed in più:
2026 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2027 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2028 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2029 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2034 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, e \param{flags}
2035 consente di modificarne il comportamento rispetto a quello ordinario di
2036 \func{access} (cui è analoga e con cui condivide i problemi di sicurezza
2037 visti in sez.~\ref{sec:file_stat}) usando il valore \const{AT\_EACCES} per
2038 indicare alla funzione di eseguire il controllo dei permessi con l'\ids{UID}
2039 \textsl{effettivo} invece di quello \textsl{reale}. L'unico altro valore
2040 consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, con il significato già spiegato.
2042 Un utilizzo specifico dell'argomento \param{flags} viene fatto anche dalla
2043 funzione di sistema \funcd{unlinkat}, in questo caso l'argomento viene
2044 utilizzato perché tramite esso si può indicare alla funzione di comportarsi
2045 sia come analogo di \func{unlink} che di \func{rmdir}; il suo prototipo è:
2050 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
2051 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
2054 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2055 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
2058 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2059 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2060 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2061 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2066 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
2067 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
2068 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
2069 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal caso
2070 \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora risulti
2071 vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare altri
2072 valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici e
2073 \const{AT\_EMPTY\_PATH} non è supportato) anche se \param{flags} è una
2074 maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico flag disponibile per
2075 questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
2077 Un'altra funzione di sistema che usa l'argomento \param{flags} è
2078 \func{utimensat}, che però non è una corrispondente esatta delle funzioni
2079 classiche \func{utimes} e \func{lutimes}, in quanto ha una maggiore precisione
2080 nella indicazione dei tempi dei file, per i quali, come per \func{futimens},
2081 si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una precisione fino
2082 al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
2083 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
2084 introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
2085 della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
2086 da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
2087 nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
2088 parleremo.} ed il suo prototipo è:
2093 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
2094 timespec times[2],\\
2095 \phantom{int utimensat(}int flags)}
2096 \fdesc{Cambia i tempi di un file.}
2099 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2100 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{utimes}, \func{lutimes} e
2101 \func{futimens} con lo stesso significato ed inoltre:
2103 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
2105 \item[\errcode{EFAULT}] \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma
2106 \param{pathname} è \var{NULL} o non è un puntatore valido.
2107 \item[\errcode{EINVAL}] si usato un valore non valido per \param{flags},
2108 oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
2109 \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
2110 \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
2111 componenti di \param{pathname}.
2116 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
2117 di strutture \struct{timespec} ed ha in questo lo stesso comportamento di
2118 \func{futimens}, vista in sez.~\ref{sec:file_file_times}, ma al contrario di
2119 questa può essere applicata anche direttamente ad un file come \func{utimes};
2120 l'unico valore consentito per \param{flags} è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}
2121 che indica alla funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa
2122 che le permette di riprodurre anche le funzionalità di \func{lutimes} (con una
2123 precisione dei tempi maggiore).
2125 Su Linux solo \func{utimensat} è una \textit{system call} mentre
2126 \func{futimens} è una funzione di libreria, infatti \func{utimensat} ha un
2127 comportamento speciale se \param{pathname} è \var{NULL}, in tal caso
2128 \param{dirfd} viene considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento
2129 del tempo viene applicato al file sottostante, qualunque esso sia. Viene cioè
2130 sempre usato il comportamento che per altre funzioni deve essere attivato con
2131 \const{AT\_EMPTY\_PATH} (che non è previsto per questa funzione) per cui
2132 \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd, NULL,
2133 times, 0)}. Si tenga presente che nella \acr{glibc} questo comportamento è
2134 disabilitato, e la funzione, seguendo lo standard POSIX, ritorna un errore di
2135 \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.
2137 Come corrispondente di \func{stat}, \func{fstat} e \func{lstat} si può
2138 utilizzare invece la funzione di sistema \funcd{fstatat}, il cui prototipo è:
2143 \fdecl{int fstatat(int dirfd, const char *pathname, struct stat *statbuf, int
2145 \fdesc{Legge le informazioni di un file.}
2148 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2149 \func{stat}, \func{fstat}, o \func{lstat} a seconda del valore di
2150 \param{flags}, ed in più:
2152 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2153 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2154 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2155 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2160 La funzione ha lo stesso comportamento delle sue equivalenti classiche, l'uso
2161 di \param{flags} consente di farla comportare come \func{lstat} se si usa
2162 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, o come \func{fstat} se si usa con
2163 \const{AT\_EMPTY\_PATH} e si passa il file descriptor in \param{dirfd}. Viene
2164 però supportato l'ulteriore valore \const{AT\_NO\_AUTOMOUNT} che qualora
2165 \param{pathname} faccia riferimento ad una directory marcata per
2166 l'\textit{automount} ne evita il montaggio automatico.
2168 Ancora diverso è il caso di \funcd{linkat} anche se in questo caso l'utilizzo
2169 continua ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici, il
2174 \fdecl{int linkat(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, \\
2175 \phantom{int linkat(}const char *newpath, int flags)}
2176 \fdesc{Crea un nuovo collegamento diretto (\textit{hard link}).}
2179 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2180 \func{link}, ed in più:
2182 \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2184 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2185 \item[\errcode{ENOENT}] \param{oldpath} o \param{newpath} è un
2186 \textit{pathname} relativo, ma la corrispondente directory di partenza
2187 (\param{olddirfd} o \param{newdirfd}) è stata cancellata, oppure si è
2188 cercato di creare un \textit{link} da un file descriptor aperto con
2189 \const{O\_TMPFILE} e \const{O\_EXCL}, oppure si è usato
2190 \const{AT\_EMPTY\_PATH} senza privilegi amministrativi.
2191 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{oldpath} e \param{newpath} sono
2192 \textit{pathname} relativi, ma \param{olddirfd} o \param{newdirfd} fa
2193 riferimento ad un file.
2194 \item[\errcode{EPERM}] si è usato \const{AT\_EMPTY\_PATH} con
2195 \param{oldpath} vuoto e \param{olddirfd} che fa riferimento ad una
2201 Anche in questo caso la funzione svolge lo stesso compito della
2202 corrispondente classica \func{link}, ma dovendo specificare due
2203 \textit{pathname} (sorgente e destinazione) aggiunge a ciascuno di essi un
2204 argomento (rispettivamente \param{olddirfd} e \param{newdirfd}) per poter
2205 indicare entrambi come relativi a due directory aperte in precedenza.
2207 In questo caso, dato che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di
2208 non seguire mai i collegamenti simbolici, \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} non
2209 viene utilizzato. A partire dal kernel 2.6.18 è stato aggiunto a questa
2210 funzione la possibilità di usare il valore \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW} per
2211 l'argomento \param{flags},\footnote{nei kernel precedenti, dall'introduzione
2212 nel 2.6.16, l'argomento \param{flags} era presente, ma senza alcun valore
2213 valido, e doveva essere passato sempre con valore nullo.} che richiede di
2214 dereferenziare un eventuale collegamento simbolico creando un \textit{hard
2215 link} al file puntato da quest'ultimo.
2217 Inoltre a partire dal kernel 3.11 si può usare \const{AT\_EMPTY\_PATH} con lo
2218 stesso significato già visto in precedenza applicato ad \param{olddirfd}, si
2219 può cioè creare un nuovo \textit{hard link} al file associato al file
2220 descriptor \param{olddirfd}, passando un valore nullo per
2221 \param{oldpath}. Questa operazione però è privilegiata e richiede i privilegi
2222 di amministratore (la \textit{capability} \const{CAP\_DAC\_READ\_SEARCH}),
2223 infatti in questo modo la funzione si comporta come una ipotetica
2224 \texttt{flink}, una \textit{system call} di cui è stato spesso chiesta la
2225 creazione, che permetterebbe di associare direttamente un nome ad un file
2226 descriptor, ma che non è mai stata realizzata per problemi di sicurezza.
2228 Il problema infatti è che le verifiche di accesso sono fatte quando il file
2229 viene aperto e non attengono solo ai permessi del file stesso, ma anche a
2230 quelli delle directory del suo \textit{pathname}; se una volta aperto venisse
2231 collegato in un altra directory eventuali restrizioni imposte sulle directory
2232 del suo \textit{pathname} andrebbero perse. Inoltre sarebbe possibile accedere
2233 al file sottostante anche in scrittura per un file descriptor che è stato
2234 fornito come aperto in sola lettura, o con accesso libero per un file
2235 descriptor fornito aperto in \textit{append}. Infine e la funzione
2236 consentirebbe rendere accessibile all'interno di un \textit{choot} (vedi
2237 sez.~\ref{sec:file_chroot}) un qualunque file sia stato aperto fuori dallo
2238 stesso prima di entrarvi.
2240 % NOTE per la discussione sui problemi di sicurezza relativi a questa
2241 % funzionalità vedi http://lwn.net/Articles/562488/
2243 Per questo motivo l'uso di \const{AT\_EMPTY\_PATH} richiede comunque privilegi
2244 amministrativi, anche se, quando è disponibile il filesystem \texttt{/proc}, è
2245 possibile usare \func{linkat} per creare un file da un qualunque file
2246 descriptor un processo abbia aperto, usandola con un codice analogo al
2247 seguente:\footnote{non esiste al momento, se si sta usando il filesystem
2248 \textit{proc}, una modalità per evitare i rischi illustrati in precedenza.}
2249 \includecodesnip{listati/procfd_linkat.c}
2250 e questa modalità è anche quella con cui è possibile assegnare in un secondo
2251 tempo il nome ad un file anonimo creato usando \func{open} con
2252 \const{O\_TMPFILE}; ma si deve tenere presente che per questi file la funzione
2253 ha un comportamento particolare.
2255 In generale infatti quando il file sorgente di \func{linkat} ha un numero di
2256 collegamenti nulli (cosa che avviene ad esempio quando si apre un file
2257 temporaneo e lo si cancella subito dopo oppure quando viene cancellato un file
2258 aperto in precedenza) la funzione non consente di ricollegarlo ad un altro
2259 file riassegnandogli un nuovo nome e fallisce sempre con un errore di
2260 \errval{ENOENT} qualunque siano i permessi del processo, e che si usi questo
2261 approccio o \const{AT\_EMPTY\_PATH}. Ma questo non avviene se il file
2262 descriptor è stato ottenuto con \const{O\_TMPFILE}, in tal caso la funzione ha
2263 successo, a meno che non si sia usato nell'apertura anche \const{O\_EXCL} per
2264 impedire questo comportamento, e continuare ad ottenere \errval{ENOENT}.
2266 In fig.~\ref{fig:initfile} si è riportato il codice della funzione
2267 \func{InitFile}, che consente di creare in maniera sicura il contenuto
2268 iniziale di un file utilizzando \const{O\_TMPFILE} e \func{linkat}, come
2269 accennato a pag.~\pageref{open_o_tmpfile_flag}. La funzione richiede di
2270 indicare il file da creare usando la sintassi delle \textit{at-functions},
2271 specificando la directory in cui crearlo con il corrispondente file descriptor
2272 passato nell'argomento \texttt{dirfd} ed il pathname relativo ed essa passato
2273 l'argomento \texttt{file}; il contenuto iniziale del file deve essere fornito
2274 nel buffer \texttt{buf} di lunghezza \texttt{size}.
2276 \begin{figure}[!htb]
2277 \footnotesize \centering
2278 \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2279 \includecodesample{listati/InitFile.c}
2281 \caption{Esempio di codice per creare in maniera sicura il contenuto
2282 iniziale di un file.}
2283 \label{fig:initfile}
2286 La funzione come primo passo (\texttt{\small 6--10}) ottiene un file
2287 descriptor accessibile in lettura/scrittura invocando \func{openat} con il
2288 flag \const{O\_TMPFILE} per ottenere un file anonimo, facendo riferimento a
2289 quella che sarà la directory di destinazione in cui poi verrà collegato lo
2290 stesso passata dal chiamante in \texttt{dirfd}, usando ``\texttt{.}'' come
2291 \textit{pathname} relativo. Si noti come nella chiamata si impostino anche
2292 (per semplicità si è usato un valore fisso) i valori iniziali dei permessi del
2293 file (lettura e scrittura solo per il proprietario), e come dopo la chiamata
2294 si controlli la presenza di un eventuale errore, ritornandolo con un messaggio
2297 Il secondo passo (\texttt{\small 11--15}) è quello di chiamare la funzione
2298 \func{FullWrite} (che tratteremo in dettaglio in sez.~\ref{sec:sock_io_behav})
2299 per eseguire la scrittura del contenuto del buffer \texttt{buf} sul file
2300 anonimo ottenuto con \func{openat}; in sostanza la funzione scrive tutto il
2301 contenuto del buffer, iterando le scritture qualora non sia possibile eseguire
2302 tutto con una singola \func{write}, cosa che comunque per i file su disco in
2303 genere non avviene mai.
2305 Una volta completata con successo la scrittura l'ultimo passo (\texttt{\small
2306 17--23}) è collegare il file anonimo con \func{linkat}, per questo però
2307 occorre utilizzare il \textit{pathname} ad esso associato sotto
2308 \texttt{/proc}, che viene ottenuto (\texttt{\small 16}) con una
2309 \func{snprintf} (vedi sez.~\ref{sec:file_formatted_io}) usando file descriptor
2310 restituito da \func{openat}. Con questo \textit{pathname} si può procedere
2311 (\texttt{\small 17}) a chiamare \func{linkat} per eseguire il collegamento, in
2312 cui occorre usare il flag \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} come nell'esempio
2315 Altre due funzioni che utilizzano due \textit{pathname} (e due file
2316 descriptor) sono \funcd{renameat} e \funcd{renameat2}, corrispondenti alla
2317 classica \func{rename}; i rispettivi prototipi sono:
2321 \fdecl{int renameat(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, const
2323 \fdecl{int renameat2(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, \\
2324 \phantom{int renameat2(}const char *newpath, int flags)}
2325 \fdesc{Rinomina o sposta un file o una directory.}
2328 {La funzioni ritornano gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2329 \func{rename}, ed in più per entrambe:
2331 \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2333 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{oldpath} e \param{newpath} sono
2334 \textit{pathname} relativi, ma i corrispondenti \param{oldirfd} o
2335 \param{newdirfd} fan riferimento ad un file e non a una directory.
2337 e per \func{renameat2} anche:
2339 \item[\errcode{EEXIST}] si è richiesto \macro{RENAME\_NOREPLACE} ma
2340 \param{newpath} esiste già.
2341 \item[\errcode{EINVAL}] Si è usato un flag non valido in \param{flags}, o si
2342 sono usati insieme a \macro{RENAME\_EXCHANGE} o \macro{RENAME\_NOREPLACE}
2343 o \macro{RENAME\_WHITEOUT}, o non c'è il supporto nel filesystem per una
2344 delle operazioni richieste in \param{flags}.
2345 \item[\errcode{ENOENT}] si è richiesto \macro{RENAME\_EXCHANGE} e
2346 \param{newpath} non esiste.
2347 \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto \macro{RENAME\_WHITEOUT} ma il
2348 chiamante non ha i privilegi di amministratore.
2353 In realtà la corrispondente di \func{rename}, prevista dallo standard
2354 POSIX.1-2008 e disponibile dal kernel 2.6.16 come le altre
2355 \textit{at-functions}, sarebbe soltanto \func{renameat}, su Linux però, a
2356 partire dal kernel dal 3.15, questa è stata realizzata in termini della nuova
2357 funzione di sistema \func{renameat2} che prevede l'uso dell'argomento
2358 aggiuntivo \param{flags}; in questo caso \func{renameat} è totalmente
2359 equivalente all'utilizzo di \func{renamat2} con un valore nullo per
2362 L'uso di \func{renameat} è identico a quello di \func{rename}, con la sintassi
2363 delle \textit{at-functions} applicabile ad entrambi i \textit{pathname} passati
2364 come argomenti alla funzione. Con \func{renameat2} l'introduzione
2365 dell'argomento \func{flags} (i cui valori possibili sono riportati in
2366 tab.~\ref{tab:renameat2_flag_values}) ha permesso di aggiungere alcune
2367 funzionalità specifiche di Linux non previste al momento da nessuno standard
2368 (la funzione è disponibile nelle \acr{glibc} a partire dalla versione 2.28).
2373 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2375 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2378 \const{RENAME\_EXCHANGE} & richiede uno scambio di nomi fra
2379 \param{oldpath} e \param{newpath}, non è
2380 usabile con \const{RENAME\_NOREPLACE}.\\
2381 \const{RENAME\_NOREPLACE}& non sovrascrive \param{newpath} se questo
2382 esiste dando un errore.\\
2383 \const{RENAME\_WHITEOUT} & crea un oggetto di \textit{whiteout}
2384 contestualmente al cambio di nome
2385 (disponibile a partire dal kernel 3.18).\\
2388 \caption{I valori specifici dei bit dell'argomento \param{flags} per l'uso
2389 con \func{renameat2}.}
2390 \label{tab:renameat2_flag_values}
2393 L'uso dell'argomento \param{flags} in questo caso non attiene alle
2394 funzionalità relative alla \textit{at-functions}, ma consente di estendere le
2395 funzionalità di \func{rename}. In particolare \func{renameat2} consente di
2396 eseguire uno scambio di nomi in maniera atomica usando il flag
2397 \constd{RENAME\_EXCHANGE}; se specificato la funzione rinomina in un colpo
2398 solo \param{oldpath} in \param{newpath} e \param{newpath} in
2399 \param{oldpath}. Usando questo flag, entrambi i \textit{pathname} passati come
2400 argomenti devono esistere, e non è possibile usare \const{RENAME\_NOREPLACE},
2401 non ci sono infine restrizioni sul tipo di file (regolare, directory, link
2402 simbolici, dispositivo) di cui si scambia il nome.
2404 Il flag \constd{RENAME\_NOREPLACE} consente di richiedere la generazione di un
2405 errore nei casi in cui \func{rename} avrebbe causato una sovrascrittura della
2406 destinazione, rendendo possibile evitare la stessa in maniera atomica; un
2407 controllo preventivo dell'esistenza del file infatti avrebbe aperto alla
2408 possibilità di una \textit{race condition} fra il momento del controllo e
2409 quella del cambio di nome.
2411 \itindbeg{overlay~filesytem}
2412 \itindbeg{union~filesytem}
2414 Infine il flag \constd{RENAME\_WHITEOUT}, introdotto con il kernel 3.18,
2415 richiede un approfondimento specifico, in quanto attiene all'uso della
2416 funzione con dei filesystem di tipo \textit{overlay}/\textit{union}, dato che
2417 il flag ha senso solo quando applicato a file che stanno su questo tipo di
2418 filesystem. Un \textit{overlay} o \textit{union filesystem} è un filesystem
2419 speciale strutturato in livelli, in cui si rende scrivibile un filesystem
2420 accessibile in sola lettura, \textsl{sovrapponendogli} un filesystem
2421 scrivibile su cui vanno tutte le modifiche. Un tale tipo di filesystem serve
2422 ad esempio a rendere scrivibili i dati processati quando si fa partire una
2423 distribuzione \textit{Live} basata su CD o DVD, ad esempio usando una
2424 chiavetta o uno spazio disco aggiuntivo.
2426 In questo caso quando si rinomina un file che sta nello strato in sola lettura
2427 questo viene copiato a destinazione sulla parte accessibile in scrittura, ma
2428 l'originale non può essere cancellato; per far si che esso non appaia più è
2429 possibile creare un oggetto speciale del filesystem, chiamato
2430 \textit{whiteout}, che serve a renderlo non più visibile. La funzione consente
2431 di creare questo oggetto, che in un filesystem ordinario verrebbe visto come
2432 un file di dispositivo con \textit{major minor} e \textit{minor number} nulli,
2433 in maniera atomica quando si rinomina un file. Dato che l'uso di
2434 \const{RENAME\_WHITEOUT} comporta in sostanza la creazione di un file di
2435 dispositivo, l'operazione è privilegiata (occorre la \textit{capability}
2436 \texttt{CAP\_MKNOD}), inoltre occorre anche il supporto nel filesystem usato
2437 come supporto per la scrittura. Infine l'operazione non è compatibile con
2438 \const{RENAME\_EXCHANGE}.
2440 \itindend{overlay~filesytem}
2441 \itindend{union~filesytem}
2443 Benché non rientri nelle \textit{at-functions} previste nello standard
2444 POSIX.1-2008, tratteremo qui anche la funzione di sistema \funcd{statx},
2445 introdotta con il kernel 4.11 e disponibile dalle versione 2.28 della
2446 \acr{glibc}, il cui prototipo è:
2453 \fdecl{int statx(int dirfd, const char *pathname, int flags, \\
2454 \phantom{int statx(}unsigned int mask, struct statx *statxbuf)}
2455 \fdesc{Legge le informazioni di un file.}
2458 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2459 \func{stat}, \func{fstat}, o \func{lstat} a seconda del valore di
2460 \param{flags}, ed in più:
2462 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2463 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido o \param{mask}
2464 ha un valore riservato.
2465 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2466 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2471 La funzione è una estensione specifica di Linux consente di leggere le
2472 informazioni di un file; ha la stessa sintassi di \func{fstatat} utilizzando
2473 con lo stesso significato gli argomenti \param{dirfd} e \param{pathname} ed i
2474 valori \const{AT\_EMPTY\_PATH}, \const{AT\_NO\_AUTOMOUNT} e
2475 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} per \param{flags}. Si può pertanto indicare il
2476 file di cui si vogliono ottenere i dati con un \textit{pathname} assoluto, con
2477 un \textit{pathname} relativo (sia alla directory corrente che a quella
2478 indicata da \param{dirfd}) o con un file descriptor ad esso associato.
2480 La funzione però consente di ottenere informazioni più dettagliate rispetto a
2481 quelle fornite dalle funzioni tradizionali come \func{stat} e \func{fstatat},
2482 ed è in grado di controllare le modalità con cui le ottiene nel caso un file
2483 sia posto su un filesystem remoto. Per questo, oltre ai tre valori
2484 precedenti, l'argomento \param{flags} consente anche gli ulteriori valori
2485 elencati in tab.~\ref{tab:statx_flags_const}, con il significato ivi
2491 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2493 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2496 \constd{AT\_STATX\_SYNC\_AS\_STAT}& si comporta esattamente come
2497 \func{stat}, in questo caso (il default
2498 se non viene indicato niente) il
2499 risultato dipende dal tipo di
2501 \constd{AT\_STATX\_FORCE\_SYNC}& richiede che i valori degli attributi
2502 richiesti siano, in caso di un filesystem
2503 di rete, siano sincronizzati con il server
2504 remoto, questo può forzare una scrittura
2505 dei dati (in particolare i tempi del file)
2507 \constd{AT\_STATX\_DONT\_SYNC} & chiede di non sincronizzare nessun dato,
2508 ritornando quanto presente nella cache,
2509 questo significa che i dati potrebbero
2510 essere non coerenti ed aggiornati, ma si
2511 evita, in caso di filesystem di rete, la
2512 necessità di contattare il server remoto.\\
2515 \caption{Valori specifici di \func{statx} per l'argomento \param{flags}.}
2516 \label{tab:statx_flags_const}
2519 La funzione restituisce le informazioni relative al file richiesto nella
2520 struttura \struct{statx} puntata dall'argomento \param{statxbuf}. Inoltre
2521 data la quantità di informazioni che possono essere richieste, la funzione
2522 consente, con l'argomento \param{mask} di selezionare quelle volute, questa
2523 deve essere assegnata ad una maschera binaria dei valori illustrati in
2524 tab.~\ref{tab:statx_mask_const}.
2529 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2531 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2534 \constd{STATX\_TYPE} & Tipo del file (\texttt{stx\_mode \& S\_IFMT}).\\
2535 \constd{STATX\_MODE} & Permessi del file (\texttt{stx\_mode \&
2537 \constd{STATX\_NLINK} & Numero di collegamenti (\textit{hard link},
2538 \texttt{stx\_nlink}).\\
2539 \constd{STATX\_UID} & Proprietario del file (per \ids{UID},
2540 \texttt{stx\_uid}).\\
2541 \constd{STATX\_GID} & Gruppo proprietario del file (per \ids{GID},
2542 \texttt{stx\_gid}).\\
2543 \constd{STATX\_ATIME} & Tempo di ultimo accesso (\texttt{stx\_atime}).\\
2544 \constd{STATX\_MTIME} & Tempo di ultima modifica (\texttt{stx\_mtime}).\\
2545 \constd{STATX\_CTIME} & Tempo di ultimo cambiamento (\texttt{stx\_ctime}).\\
2546 \constd{STATX\_INO} & Numero di \textit{inode} (\texttt{stx\_ino}).\\
2547 \constd{STATX\_SIZE} & Dimensione del file (\texttt{stx\_size}).\\
2548 \constd{STATX\_BLOCKS}& Numero di blocchi del file (\texttt{stx\_blocks}).\\
2549 \constd{STATX\_BASIC\_STATS}& Tutte le informazioni precedenti.\\
2550 \constd{STATX\_BTIME} & Tempo di creazione (\texttt{stx\_btime}).\\
2552 \constd{STATX\_ALL} & Tutte le informazioni.\\
2555 \caption{Le costanti per i valori dell'argomento \param{mask} di
2557 \label{tab:statx_mask_const}
2560 Si tenga presente che il kernel non richiede che \param{mask} contenga solo i
2561 flag di tab.~\ref{tab:statx_mask_const}, valori ulteriori in genere vengono
2562 ignorati ma non si può comunque indicare un valore qualunque in quanto alcuni
2563 bit sono riservati per future estensioni.\footnote{in particolare il bit
2564 \constd{STATX\_\_RESERVED} che se usato causa il fallimento della funzione
2565 con un errore di \errval{EINVAL}.} Inoltre non è detto che tutte le
2566 informazioni richieste con \param{mask} siano disponibili, per questo il
2567 kernel restituisce in un opportuno campo della struttura \struct{statx},
2568 \var{stx\_mask}, quali sono i dati effettivamente restituiti, che possono in
2569 alcuni casi essere anche di più di quelli richiesti (se l'informazione
2570 aggiuntiva è ottenuta senza costi ulteriori) per cui è normale che questo
2571 valore possa essere diverso da quanto richiesto.
2573 \begin{figure}[!htb]
2576 \begin{minipage}[c]{0.8\textwidth}
2577 \includestruct{listati/statx.h}
2580 \caption{La struttura \structd{statx} per la lettura delle informazioni dei
2582 \label{fig:file_statx_struct}
2585 Si è riportata in fig.~\ref{fig:file_statx_struct} la definizione della
2586 struttura \struct{statx} come presente in \headfile{sys/stat.h}; i campi
2587 \var{stx\_mode}, \var{stx\_nlink}, \var{stx\_uid}, \var{stx\_gid},
2588 \var{stx\_ino}, \var{stx\_size}, \var{stx\_blksize}, \var{stx\_blocks} sono
2589 identici agli analoghi (con prefisso \texttt{st\_}) dell'ordinaria struttura
2590 \struct{stat} illustrata in fig.~\ref{fig:file_stat_struct} e vale per essi
2591 quanto già detto in sez.~\ref{sec:file_stat} e seguenti.
2593 \begin{figure}[!htb]
2596 \begin{minipage}[c]{0.8\textwidth}
2597 \includestruct{listati/statx_timestamp.h}
2600 \caption{La struttura \structd{statx\_timestamp} per i tempi dei file con
2602 \label{fig:file_statx_timestamp_struct}
2605 Anche i campi \var{stx\_atime}, \var{stx\_mtime}, \var{stx\_ctime} mantengono
2606 questa analogia, ma esprimono i tempi di ultimo accesso, modifica e
2607 cambiamento con una precisione ed estensione maggiore grazie all'uso di una
2608 struttura dedicata \struct{statx\_timestamp} (riportata in
2609 fig.~\ref{fig:file_statx_timestamp_struct}) che consente di estendere i tempi
2610 dei file ad una granularità del nanosecondo e con un valore dello \textit{unix
2611 time} (vedi sez.~\ref{sec:sys_unix_time}) a 64 bit, che non darà problemi di
2612 overflow per parecchio tempo (sicuramente ben oltre la durata di questa
2615 Oltre ai precedenti, e a \val{stx\_mask} che abbiamo già visto e che indica
2616 quali delle informazioni richieste alla funzione sono state fornite,
2617 \func{statx} prevede una serie di informazioni aggiuntive fornite in
2618 altrettanti nuovi campi, illustrati nell'elenco seguente. È comunque previsto
2619 che in futuro \struct{statx} venga estesa per supportare ulteriori
2622 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.6cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
2623 \item[\var{stx\_btime}] In questo campo viene restituito il \textsl{tempo di
2624 creazione} del file. Come detto in sez.~\ref{sec:file_file_times} questo
2625 tempo normalmente non esiste in un sistema \textit{unix-like}, ma per
2626 migliorare l'interoperabilità è stato aggiunto nelle versioni più recenti di
2627 vari filesystem (come XFS, \acr{ext4}, ecc.) in modo che possa essere
2628 utilizzato da servizi di condivisione dei file (è usato da \textsl{Samba},
2629 ed è previsto nello standard di NFSv4).
2630 \item[\var{stx\_attributes\_mask}] in questo campo viene restituita una
2631 maschera che indica quali sono i bit restituiti in \var{stx\_attributes}
2632 effettivamente supportati per il file, e per poter utilizzare quest'ultimo
2633 occorre sempre eseguire un AND aritmetico con \var{stx\_attributes\_mask} per
2634 ottenere i valori validi.
2635 \item[\var{stx\_attributes}] in questo campo vengono restituiti gli eventuali
2636 attributi addizionali posseduti dal file. Gran parte di questi sono quelli
2637 impostati con i comandi \cmd{lsattr} e \cmd{chattr} ed abbiamo già incontrato
2638 alcuni di essi in sez.~\ref{sec:file_perm_overview}. Gli attributi vengono
2639 restituiti in forma di maschera binaria con i valori delle costanti elencate
2640 in tab.~\ref{tab:statx_stx_attributes}, dove si trova anche la relativa
2645 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2647 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2650 \constd{STATX\_ATTR\_COMPRESSED}& Il file è compresso automaticamente dal
2651 filesystem (quindi può richiedere un
2652 maggior uso di risorse in caso di
2654 \constd{STATX\_ATTR\_IMMUTABLE} & Il file è marcato come
2655 \textit{immutable} e non può essere
2656 modificato in nessun modo (vedi
2657 sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).\\
2658 \constd{STATX\_ATTR\_APPEND} & Il file è marcato come
2659 \textit{append-only} e può essere
2660 soltanto esteso in \textit{append} (vedi
2661 sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).\\
2662 \constd{STATX\_ATTR\_NODUMP} & Il file è marcato per essere escluso da
2663 eventuali backup a livello di filesystem
2664 come quelli eseguiti con il comando
2666 \constd{STATX\_ATTR\_ENCRYPTED} & Il file è cifrato sul filesystem ed è
2667 necessaria una chiave di accesso per
2668 decifrarne il contenuto.\\
2669 \constd{STATX\_ATTR\_AUTOMOUNT} & Il file, in questo caso in genere una
2670 directory, è marcata come punto di
2671 innesco per un \textit{automount}.\\
2674 \caption{Le costanti degli attributi addizionali restituiti in
2675 \var{stx\_attributes}.}
2676 \label{tab:statx_stx_attributes}
2679 \item[\var{stx\_rdev\_major}, \var{stx\_rdev\_minor}] in questi campi vengono
2680 restituiti rispettivamente \textit{major number} e \textit{minor number} del
2681 file quando questo è un file di dispositivo (fanno le veci del campo
2682 \var{st\_rdev} di \struct{stat}).
2684 \item[\var{stx\_dev\_major}, \var{stx\_dev\_minor}] in questi campi vengono
2685 restituiti \textit{major number} e \textit{minor number} del dispositivo su
2686 cui risiede il file (fanno le veci del campo \var{st\_dev} di \struct{stat}).
2689 Di questi campi \var{stx\_mode}, \var{stx\_nlink}, \var{stx\_uid},
2690 \var{stx\_gid}, \var{stx\_ino}, \var{stx\_size} e \var{stx\_blocks} e quelli
2691 relativi ai tempi ordinari dei file vengono sempre restituiti, ed il relativo
2692 valore in \struct{statx} sovrascritto, indipendentemente dal fatto che siano
2693 stati richiesti o no, con \var{stx\_mask} che indicherà quali sono quelli che
2694 hanno valori effettivamente validi.
2696 Se un filesystem ha dei campi che non esistono o hanno valori senza
2697 corrispondenza in un sistema unix-like, questi potranno essere restituiti con
2698 valori fittizi ricostruiti, ad esempio usando \ids{UID} e \ids{GID} impostati
2699 in fase di montaggio per un filesystem che non supporta gli utenti; in questi
2700 casi il relativo bit in \var{stx\_mask} sarà comunque cancellato. In caso di
2701 cambiamenti al file eseguiti in concorrenza a \func{statx} è possibile che
2702 campi diversi possano avere informazioni ottenute in momenti diversi, con
2703 valori precedenti o posteriori il cambiamento. Inoltre, se non richiesti
2704 esplicitamente, alcuni campi possono avere valori approssimati, ad esempio in
2705 caso di NFS, questi non vengono mai aggiornati dallo stato sul server remoto.
2707 Il campo \var{stx\_btime} viene restituito solo se richiesto, e si otterrà un
2708 valore nullo (ed il relativo bit in \var{stx\_mask} cancellato) se questo non
2709 esiste. Lo stesso vale nel caso si siano richiesti \var{stx\_rdev\_major} o
2710 \var{stx\_rdev\_minor} ed il file non è un file di dispositivo. I campi
2711 \var{stx\_dev\_major}, \var{stx\_dev\_minor} e \var{stx\_blksize} attengono
2712 ad informazioni locali, e sono sempre disponibili in maniera diretta.
2714 % NOTE: per statx https://lwn.net/Articles/707602/ e
2715 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f)
2717 Infine trattiamo qui altre due funzioni, \func{fexecve} e \func{execveat}, che
2718 non attengono che in maniera indiretta all'uso dei file, ma sono comunque
2719 legate all'interfaccia delle \textit{at-functions}. In realtà la sola
2720 effettivamente collegata all'interfaccia delle \textit{at-functions} è la
2721 funzione di sistema \func{execveat}, introdotta con il kernel 3.19, e per la
2722 quale non è disponibile ancora un'interfaccia diretta nella \acr{glibc} che
2723 però la usa (quando disponibile) per realizzare \func{fexecve}.
2725 L'introduzione di queste funzioni nasce dall'esigenza di verificare i
2726 contenuti di un file eseguibile prima di eseguirlo. Fare il controllo (aprendo
2727 il file e verificandone il contenuto) e poi eseguirlo con \func{execve} è
2728 suscettibile alla possibilità che fra il controllo e l'esecuzione il nome del
2729 file o di una directory sovrastante venga cambiato.
2731 Per mitigare il problema nello standard POSIX.1-2008 è stata introdotta la
2732 funzione \funcd{fexecve} che consente di eseguire un programma usando un file
2733 descriptor al posto di un \textit{pathname}; il suo prototipo è:
2737 \fdecl{int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[])}
2738 \fdesc{Esegue un programma da un file descriptor.}
2741 {La funzione non ritorna in caso di successo e ritorna $-1$ per un errore,
2742 nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2744 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} non è un file descriptor, o \param{argv}
2745 o \param{envp} sono \val{NULL}.
2746 \item[\errcode{ENOSYS}] il filesystem \file{proc} non è disponibile (prima
2749 oltre a tutti gli errori già visti per \func{execve}.}
2752 La funzione esegue il programma contenuto nel file (su cui il chiamante deve
2753 avere il permesso di esecuzione) corrispondente a \param{fd}; questo deve
2754 essere stato ottenuto aprendo il relativo eseguibile in sola lettura o con
2755 \const{O\_PATH}. Questa funzione fino al kernel 3.19 veniva realizzata nella
2756 \acr{glibc} usando il filesystem \file{/proc} per ottenere da \param{fd} il
2757 file corrispondente in \file{/proc/self/fd/}, in maniera analoga a quanto
2758 visto per l'esempio di fig.~\ref{fig:initfile}.
2760 La funzione di sistema \funcd{execveat} è stata introdotta proprio per rendere
2761 più sicura l'esecuzione ed evitare la necessità di avere disponibile
2762 \file{/proc} per poter usare \func{fexecve}, il suo prototipo è:
2766 \fdecl{int execveat(int dirfd, const char *pathname, char *const argv[], \\
2767 \phantom{int execveat(}char *const envp[], int flags)}
2768 \fdesc{Esegue un programma relativo ad una directory.}
2771 {La funzione non ritorna in caso di successo e ritorna $-1$ per un errore, nel
2772 qual caso \var{errno} assumerà, inoltre tutti gli errori già visti per
2773 \func{execve}, uno dei valori:
2775 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor valido.
2776 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2777 \item[\errcode{ELOOP}] si è usato \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} in
2778 \param{flags} ma il file indicato è un link simbolico.
2779 \item[\errcode{ENOENT}] il programma di cui si è richiesta l'esecuzione è
2780 uno script, ma \func{dirfd} è aperto con il flag di
2781 \textit{close-on-exec} e pertanto il programma non sarebbe accessibile
2787 La funzione segue la sintassi delle \textit{at-functions} per indicare il file
2788 da eseguire, e per il resto si comporta esattamente con come \func{execve} (le
2789 cui caratteristiche sono già state illustrate in
2790 sez.~\ref{sec:proc_exec}). Diventa così possibile indicare il programma da
2791 eseguire sia con un \textit{pathname} assoluto che relativo (usando
2792 \const{AT\_FDCWD} come \param{dirfd}), oppure con un \textit{pathname}
2793 relativo alla directory indicata da \param{dirfd}. In quest'ultima forma l'uso
2794 della funzione consente estendere i vantaggi delle \textit{at-functions} anche
2795 al caso dell'esecuzione di un programma.
2797 Inoltre usando, per \param{flags} il valore \const{AT\_EMPTY\_PATH}, si può
2798 indicare direttamente il file da eseguire aprendolo e passandone il file
2799 descriptor nell'argomento \param{dirfd}, ottenendo il comportamento di
2800 \func{fexecve}; quest'ultima infatti è sostanzialmente equivalente
2802 \includecodesnip{listati/fexecve.c}
2803 l'unico altro valore utilizzabile per \param{flags} è
2804 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che fa fallire la funzione con un errore di
2805 \errval{ELOOP} se il file indicato è un link simbolico.
2807 Quando si usano \func{execveat} o \func{fexecve} per eseguire un programma
2808 attraverso un file descriptor è naturale impostare sullo stesso il flag di
2809 \textit{close-on-exec} in modo che questo venga automaticamente chiuso
2810 all'esecuzione. Questo evita di lasciare aperto inutilmente un file descriptor
2811 (un programma in genere non ha bisogno di avere un file aperto su se stesso),
2812 ma soprattutto evita problemi in caso di un eventuale uso ricorsivo di queste
2813 funzioni, in tal caso infatti, restando aperto ad ogni iterazione un ulteriore
2814 file descriptor, si potrebbe arrivare all'esaurimento degli stessi.
2816 Tutto questo però non è vero quando si vuole eseguire uno script; in tal caso
2817 infatti (si ricordi quanto detto a questo riguardo in
2818 sez.~\ref{sec:proc_exec}) il programma che viene effettivamente messo in
2819 esecuzione è l'interprete indicato nella riga iniziale dello script, che poi
2820 legge ed interpreta il codice da eseguire dallo script stesso. Ma se lancia lo
2821 script usando un file descriptor su cui è attivo il flag di
2822 \textit{close-on-exec}, questo sarà già chiuso quando l'interprete viene posto
2823 in esecuzione, rendendo impossibile la lettura del programma da
2826 Per questo motivo, quando ci si trova in questa situazione, \func{execveat} (e
2827 quindi anche \func{fexecve}) eseguono un controllo preventivo e falliscono con
2828 un errore di \errval{ENOENT}. Pertanto se si vuole eseguire uno script
2829 passandone il file descriptor l'unica possibilità è non attivare il flag di
2830 \textit{close-on-exec}, esponendosi però al rischio di incorrere nei problemi
2831 accennati in precedenza.
2833 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2834 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
2835 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2837 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
2838 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
2841 % TODO: trattare i nuovi AT_flags quando e se arriveranno, vedi
2842 % https://lwn.net/Articles/767547/
2844 \itindend{at-functions}
2847 \subsection{Le operazioni di controllo}
2848 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2850 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2851 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2852 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2853 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2854 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2856 % TODO: trattare qui i file seal
2858 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2859 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2860 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2861 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2862 il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2868 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2869 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2870 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2871 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2872 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
2875 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2876 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2877 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2878 gli unici con signifiato generico sono:
2880 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2881 \item[\errcode{EINVAL}] \param{cmd} non è un comando supportato dal kernel
2887 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2888 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2889 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2890 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2891 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2892 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2893 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2894 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2896 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2897 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2898 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2899 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2900 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2901 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2902 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2903 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2904 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2905 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2906 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2907 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2908 descrittori consentito.
2910 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2911 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2912 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2913 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2914 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2915 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2916 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2918 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2919 flags} (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}) di \param{fd} in caso di
2920 successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non
2921 sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag
2922 usato è quello di \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
2923 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
2924 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
2925 nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
2927 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2928 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}) al valore specificato con
2929 \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di
2930 errore. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Dato che l'unico
2931 flag attualmente usato è quello di \textit{close-on-exec}, identificato
2932 dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg},
2933 anche se impostati, vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto
2934 avviene fino al kernel 3.2, come si può evincere dal codice della funzione
2935 \texttt{do\_fcntl} nel file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2937 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2938 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2939 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2940 comando permette di rileggere il valore di quei bit
2941 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2942 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2943 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2944 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2945 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2946 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2947 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2948 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
2950 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2951 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2952 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2953 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2954 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2955 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2956 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2957 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2958 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2959 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2960 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2962 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2963 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2964 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2965 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2966 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2967 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2969 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2970 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2971 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2972 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2973 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2975 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2976 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2977 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2978 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2979 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2981 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2982 processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2983 che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2984 segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2985 asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2986 \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2987 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2988 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2991 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2992 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2993 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2994 \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2995 valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2996 $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2997 \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2998 presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2999 modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
3000 che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
3001 in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
3002 dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
3005 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
3006 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
3007 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
3008 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
3009 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
3010 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
3011 l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
3012 unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
3013 può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
3014 il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
3015 della \acr{glibc} e del kernel.
3017 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
3018 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
3019 segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
3020 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
3021 caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
3022 \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
3025 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
3026 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
3027 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
3028 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
3029 per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
3030 valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
3031 \textit{process group}.
3033 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
3034 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
3035 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
3036 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
3037 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
3038 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
3039 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
3040 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
3041 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
3042 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
3043 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
3044 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
3045 interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
3048 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
3049 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
3050 o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
3051 preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
3052 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
3053 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
3054 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
3056 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
3057 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
3058 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
3059 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
3060 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
3061 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
3062 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
3063 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3065 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
3066 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
3067 del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
3068 \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
3069 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
3070 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
3071 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
3072 un tipo di identificatore valido.
3074 \begin{figure}[!htb]
3075 \footnotesize \centering
3076 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
3077 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
3080 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
3081 \label{fig:f_owner_ex}
3084 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
3085 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
3086 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
3087 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
3088 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
3089 \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
3090 \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
3091 rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
3092 ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
3093 di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
3094 sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
3095 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
3096 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
3097 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3099 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
3100 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
3101 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
3102 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
3103 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
3104 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
3105 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
3106 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
3107 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3109 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
3110 I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
3111 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
3112 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
3113 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
3114 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
3115 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
3116 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
3117 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
3118 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3120 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
3121 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
3122 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
3123 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
3124 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
3125 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
3126 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
3127 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
3128 accumulati in una coda prima della notifica.
3130 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
3131 processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
3132 di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
3133 diversi da \errval{EBADF}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
3134 solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è
3135 trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
3137 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
3138 di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
3139 del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
3140 successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
3141 \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
3142 (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
3143 \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
3144 lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
3145 hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
3146 capacità \const{CAP\_LEASE}.}
3148 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
3149 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
3150 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
3151 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
3152 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
3153 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
3154 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
3156 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
3157 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
3158 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
3159 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
3160 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
3161 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
3162 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
3163 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
3164 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
3166 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
3167 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
3168 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
3169 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
3170 restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
3171 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
3172 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3174 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
3175 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
3176 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
3177 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
3178 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
3179 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
3180 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
3181 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
3182 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
3183 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
3184 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
3185 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
3186 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
3187 precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
3188 impostare un valore superiore a quello indicato da
3189 \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}. Il comando è specifico di Linux, è
3190 disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
3191 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
3195 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
3196 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
3198 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
3199 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
3200 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
3201 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
3202 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
3203 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
3204 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
3205 di questa funzione con i socket verrà trattato in
3206 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
3208 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
3209 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
3210 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
3211 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
3212 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
3213 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
3214 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
3215 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
3218 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
3219 % \label{sec:file_ioctl}
3221 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
3222 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
3223 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
3224 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
3225 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
3226 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
3227 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
3228 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
3230 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
3231 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
3232 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
3236 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
3237 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
3240 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
3241 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
3242 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
3245 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
3247 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
3248 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
3249 riferimento \param{fd}.
3251 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
3255 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
3256 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
3257 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
3258 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
3259 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
3260 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
3261 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
3262 omesso, e per altre è un semplice intero.
3264 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
3265 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
3266 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
3267 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
3268 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
3270 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
3271 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
3272 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
3274 \item il cambiamento dei font di un terminale.
3275 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
3276 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
3277 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
3278 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
3279 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
3281 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
3282 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
3283 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
3284 successivi (come ext3).}
3287 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
3288 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
3289 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
3290 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
3291 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
3292 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
3293 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
3294 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
3295 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
3296 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
3297 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
3298 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
3299 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
3300 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
3301 imprevedibili o indesiderati.
3303 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
3304 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
3305 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
3306 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
3307 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
3308 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
3309 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
3311 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
3312 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
3313 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
3314 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
3315 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
3316 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
3317 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
3318 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
3319 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
3320 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
3321 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
3322 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
3323 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
3324 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
3325 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
3326 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
3328 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
3329 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
3330 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
3331 disabilita, un valore non nullo abilita).
3332 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
3333 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
3334 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
3335 valore specifica il PID del processo.
3336 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
3337 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
3338 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
3339 scritto il PID del processo.
3340 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
3341 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
3342 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
3343 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
3344 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
3345 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
3346 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
3347 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
3348 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
3349 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
3352 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
3353 % http://lwn.net/Articles/429345/
3355 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
3356 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
3357 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
3358 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
3359 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
3360 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
3361 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
3362 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
3363 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
3364 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
3365 due funzioni sono rimaste.
3367 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
3368 % (bassa/bassissima priorità)
3369 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
3370 % EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
3371 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
3375 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
3376 \label{sec:files_std_interface}
3379 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
3380 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
3381 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
3383 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
3384 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
3385 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
3386 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
3387 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
3388 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
3390 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
3391 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
3392 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
3393 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
3396 \subsection{I \textit{file stream}}
3397 \label{sec:file_stream}
3399 \itindbeg{file~stream}
3401 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
3402 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
3403 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
3405 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
3406 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
3407 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
3408 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
3409 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
3410 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
3411 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
3413 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
3414 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
3415 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
3416 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
3417 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
3418 all'ottenimento della massima efficienza.
3420 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
3421 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
3422 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
3423 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
3424 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
3425 deriva appunto il nome \textit{stream}.
3427 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
3428 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
3429 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
3430 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
3431 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
3432 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
3435 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
3436 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
3437 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
3438 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
3439 indicatori di stato e di fine del file.
3441 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
3442 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
3443 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
3444 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
3445 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
3446 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
3447 file \headfile{stdio.h}.
3449 \itindend{file~stream}
3451 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
3452 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
3453 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
3454 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
3455 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
3457 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
3458 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
3459 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
3460 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
3461 prende i caratteri dalla tastiera.
3462 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
3463 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
3464 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
3465 scrive sullo schermo.
3466 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
3467 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
3468 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
3469 terminale e scrive sullo schermo.
3472 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
3473 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
3474 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
3475 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
3476 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
3477 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
3478 usare la funzione \func{freopen}.
3481 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
3482 \label{sec:file_buffering}
3484 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
3485 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
3486 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
3487 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
3488 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
3489 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
3492 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
3493 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
3494 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
3495 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
3496 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
3497 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
3498 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
3499 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
3500 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
3501 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
3502 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
3504 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
3505 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
3506 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
3507 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
3508 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
3509 input/output sul terminale.
3511 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
3512 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
3513 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
3515 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
3516 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
3517 (effettuando immediatamente una \func{write});
3518 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
3519 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
3520 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
3521 quando si preme invio);
3522 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
3523 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
3526 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
3527 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
3528 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
3529 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
3531 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
3532 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
3533 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
3534 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
3535 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
3536 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
3537 buffered} altrimenti.
3539 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
3540 output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
3541 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
3542 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
3545 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
3546 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
3547 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
3548 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
3549 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
3550 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
3551 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
3553 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
3554 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
3555 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
3556 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
3557 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
3558 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
3559 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
3560 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
3564 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
3565 \label{sec:file_fopen}
3567 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
3568 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
3569 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
3570 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
3574 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
3575 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
3576 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
3577 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
3578 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
3579 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
3582 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
3583 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
3584 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
3585 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
3586 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
3587 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
3591 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
3592 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
3593 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
3594 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
3595 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
3597 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
3598 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
3599 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
3600 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
3601 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
3603 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
3604 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
3605 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
3606 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
3607 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
3612 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3614 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3617 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
3618 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3620 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
3621 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3624 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
3625 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
3626 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3628 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
3629 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
3630 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3633 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
3634 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
3636 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
3637 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
3640 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
3641 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
3644 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
3645 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
3646 \label{tab:file_fopen_mode}
3649 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
3650 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
3651 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
3652 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
3653 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
3654 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
3655 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
3656 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
3658 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
3659 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
3660 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
3661 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
3662 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
3663 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
3665 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
3666 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
3667 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
3668 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
3669 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
3671 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
3672 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
3673 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
3674 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
3675 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
3676 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
3677 chiusura dello \textit{stream}.
3679 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
3680 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
3682 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
3683 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
3684 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
3685 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
3686 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
3687 operazione di I/O sul file.
3689 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
3690 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
3691 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
3692 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
3693 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
3694 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
3696 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
3697 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
3698 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
3699 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
3700 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
3701 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
3702 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
3704 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
3705 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
3709 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
3710 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
3713 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3714 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
3715 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
3716 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
3717 \func{write} o \func{fflush}).
3721 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
3722 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
3723 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
3724 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
3725 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
3726 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
3727 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
3729 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
3730 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
3731 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
3735 \fdecl{int fcloseall(void)}
3736 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
3739 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3740 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
3743 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
3744 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
3745 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
3746 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
3747 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
3748 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
3751 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
3754 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
3755 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
3756 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
3757 input/output non formattato:
3759 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
3760 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
3761 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
3762 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
3763 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
3764 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
3765 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
3766 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
3767 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
3769 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
3770 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
3772 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
3773 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
3774 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
3776 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
3777 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
3778 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
3779 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
3780 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
3781 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
3782 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
3783 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
3785 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
3786 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
3787 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
3788 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
3790 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
3791 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
3792 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
3793 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
3794 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
3795 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
3797 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
3798 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
3799 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
3800 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
3801 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
3802 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
3806 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
3807 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
3808 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
3809 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
3812 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
3813 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
3816 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
3817 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
3818 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
3819 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
3821 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
3822 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
3826 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
3827 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
3831 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
3834 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3835 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3836 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3837 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3838 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3839 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3840 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3842 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3843 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3844 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3845 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3846 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3847 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3848 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3849 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3851 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3852 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3853 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3854 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3855 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3856 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3857 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3858 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3859 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3860 l'offset rispetto al record corrente.
3862 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3863 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3864 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3865 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3866 rispettivi prototipi sono:
3870 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3871 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
3872 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3873 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
3876 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3877 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3878 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3881 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3882 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3883 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3884 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3885 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
3886 successo e -1 in caso di errore.
3888 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3889 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3890 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3891 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3893 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3894 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3898 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
3899 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
3902 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3903 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3906 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3909 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3910 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3911 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3912 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3913 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3914 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3918 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3919 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
3920 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3921 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
3924 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3925 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3928 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3929 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3930 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3931 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3932 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3933 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3934 sistemi più moderni.
3936 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3939 \subsection{Input/output binario}
3940 \label{sec:file_binary_io}
3942 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3943 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3944 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3945 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3946 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3947 i rispettivi prototipi sono:
3951 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3952 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
3953 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
3955 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
3958 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3959 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3963 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3964 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
3965 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3966 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3967 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3969 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3970 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3971 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3972 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3973 si avrà allora una chiamata tipo:
3974 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3975 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3978 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3979 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3980 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3981 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3983 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3984 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3985 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3986 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3987 corrispondente alla quantità di dati letti).
3989 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3990 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3991 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3992 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3993 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3996 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3997 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3998 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3999 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
4000 stesso programma che li ha prodotti.
4002 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
4003 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
4004 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
4005 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
4006 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
4007 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
4008 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
4009 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
4011 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
4012 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
4013 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
4014 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
4015 eventuali differenze.
4017 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
4018 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
4019 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
4020 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
4021 per i dettagli), i loro prototipi sono:
4025 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
4026 nmemb, FILE *stream)}
4027 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
4028 size\_t nmemb, FILE *stream)}
4029 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
4030 implicito sullo stesso.}
4033 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
4037 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
4040 \subsection{Input/output a caratteri}
4041 \label{sec:file_char_io}
4043 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
4044 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
4045 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
4046 rispettivi prototipi sono:
4050 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
4051 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
4052 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
4053 \fdecl{int getchar(void)}
4054 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
4057 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
4058 errore o se si arriva alla fine del file.}
4061 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
4062 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
4063 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
4064 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
4066 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
4067 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
4068 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
4069 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
4070 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
4071 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
4072 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
4073 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
4075 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
4076 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
4077 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
4078 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
4079 precedenza nel tipo di argomento).
4081 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
4082 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
4083 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
4084 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
4086 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
4087 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
4088 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
4089 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
4095 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
4096 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
4097 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
4098 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
4099 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
4102 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
4103 un errore o se si arriva alla fine del file.}
4106 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
4107 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
4108 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
4109 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
4111 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
4112 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
4113 loro prototipi sono:
4117 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
4118 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
4119 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
4120 \fdecl{int putchar(int c)}
4121 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
4124 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
4125 \val{EOF} per un errore.}
4128 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
4129 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
4130 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
4131 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
4132 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
4133 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
4134 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
4135 ritorno è \val{EOF}.
4137 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
4138 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
4139 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
4140 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
4141 il lock implicito dello \textit{stream}.
4143 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
4144 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
4145 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
4149 \fdecl{getw(FILE *stream)}
4150 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
4151 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
4152 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
4155 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
4156 \val{EOF} per un errore.}
4159 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
4160 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
4161 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
4162 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
4164 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
4165 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
4166 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
4167 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
4168 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
4171 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
4172 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
4173 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
4174 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
4178 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
4179 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
4182 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
4186 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
4187 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
4188 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
4189 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
4190 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
4191 operazione fra due \func{ungetc} successive.
4193 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
4194 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
4195 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
4196 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
4197 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
4198 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
4200 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
4201 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
4202 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
4204 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
4205 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
4206 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
4207 rimandati indietro vengono scartati.
4210 \subsection{Input/output di linea}
4211 \label{sec:file_line_io}
4213 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
4214 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
4215 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
4216 caratteristiche più controverse.
4218 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
4219 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
4224 \fdecl{char *gets(char *string)}
4225 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
4226 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
4227 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
4230 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
4231 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
4234 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
4235 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
4236 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
4237 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
4238 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
4239 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
4240 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
4241 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
4242 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
4243 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
4245 \itindbeg{buffer~overflow}
4247 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
4248 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
4249 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
4250 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
4251 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
4252 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
4253 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
4254 nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
4256 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
4257 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
4258 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
4259 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
4260 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
4261 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
4262 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
4263 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
4265 \itindend{buffer~overflow}
4267 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
4268 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
4269 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
4270 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
4271 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
4272 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
4273 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
4274 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
4277 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
4278 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
4279 rispettivi prototipi sono:
4283 \fdecl{int puts(char *string)}
4284 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
4285 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
4286 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
4289 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
4293 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
4294 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
4295 la scrive sul file indicato da \param{stream}. Dato che in questo caso si
4296 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
4297 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
4298 output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
4299 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
4300 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
4301 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
4303 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
4304 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
4305 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
4306 loro prototipi sono:
4310 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
4311 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
4312 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
4313 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
4316 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
4317 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
4322 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
4323 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
4324 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
4325 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
4326 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
4327 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
4328 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
4330 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
4331 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
4332 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
4333 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
4334 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
4335 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
4336 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
4338 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
4339 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
4340 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
4341 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
4342 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
4343 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
4344 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
4345 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
4346 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
4347 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
4349 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
4350 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
4351 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
4352 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
4353 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
4354 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
4355 \func{fgets}, il suo prototipo è:
4359 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
4360 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
4363 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
4364 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
4367 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
4368 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
4369 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
4370 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
4373 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
4374 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
4375 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
4376 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
4377 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
4378 dimensioni del buffer suddetto.
4380 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
4381 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
4382 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
4383 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
4384 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
4385 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
4387 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
4388 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
4389 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
4390 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
4392 \includecodesnip{listati/getline.c}
4393 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
4394 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
4396 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
4397 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
4398 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
4399 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
4400 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
4401 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
4404 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
4405 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
4406 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
4407 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
4411 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
4412 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
4416 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
4420 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
4421 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
4422 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
4423 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
4424 dell'argomento \param{delim}.
4427 \subsection{Input/output formattato}
4428 \label{sec:file_formatted_io}
4430 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
4431 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
4432 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
4433 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
4435 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
4436 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
4437 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
4441 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
4442 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
4443 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
4444 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
4445 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
4446 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4449 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
4450 valore negativo per un errore.}
4454 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
4455 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
4456 variabile e dipende dal formato stesso.
4458 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
4459 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
4460 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
4461 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
4462 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
4463 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
4464 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
4468 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
4469 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4472 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
4476 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
4477 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
4478 non possa essere sovrascritto.
4483 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
4485 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
4488 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
4490 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
4491 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
4492 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
4493 decimale senza segno.\\
4495 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
4496 rispettivamente con lettere minuscole e
4498 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
4499 notazione a virgola fissa.\\
4501 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
4502 notazione esponenziale, rispettivamente con
4503 lettere minuscole e maiuscole.\\
4505 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
4506 notazione più appropriate delle due precedenti,
4507 rispettivamente con lettere minuscole e
4510 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
4511 notazione esadecimale frazionaria.\\
4512 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
4513 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
4514 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
4515 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
4516 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
4519 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
4520 stringa di formato di \func{printf}.}
4521 \label{tab:file_format_spec}
4524 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
4525 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
4526 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
4527 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
4528 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
4529 specificato in \param{format}.
4531 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
4532 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
4533 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
4534 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
4535 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
4537 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
4538 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
4539 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
4541 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
4543 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
4544 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
4545 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
4546 specificati in questo ordine:
4548 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
4550 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
4551 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
4553 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
4554 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
4555 (un altro numero decimale),
4556 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
4557 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
4563 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4565 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
4568 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
4569 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
4570 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
4571 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
4573 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
4576 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
4577 \label{tab:file_format_flag}
4580 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
4581 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
4582 \func{printf} e nella documentazione della \acr{glibc}.
4587 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4589 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4592 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
4593 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
4595 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
4596 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4597 è di tipo \ctyp{short}.\\
4598 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
4599 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4600 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
4601 sono in formato esteso.\\
4602 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
4603 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4604 è di tipo \ctyp{long long}.\\
4605 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
4607 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
4608 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o
4609 \ctyp{uintmax\_t}.\\
4610 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o
4612 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
4615 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
4616 \label{tab:file_format_type}
4619 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
4620 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
4621 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
4622 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
4626 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
4627 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
4628 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
4629 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
4630 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
4631 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4634 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
4635 valore negativo per un errore.}
4638 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
4639 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
4640 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
4641 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
4642 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
4643 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
4644 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
4646 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
4647 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
4648 scritti sulla stringa di destinazione:
4652 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
4653 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4656 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
4660 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
4663 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
4664 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
4665 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
4666 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
4671 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
4672 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
4673 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4676 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
4681 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
4682 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
4683 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
4684 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
4685 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
4686 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
4687 più, onde evitare \textit{memory leak}.
4689 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
4691 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
4692 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
4693 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
4694 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
4695 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
4696 dettaglio nella documentazione della \acr{glibc}.
4698 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
4699 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
4700 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
4701 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
4705 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
4706 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
4707 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
4708 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
4709 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
4710 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
4713 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
4714 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
4717 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
4718 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
4719 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
4720 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
4721 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
4722 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
4723 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
4724 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
4725 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
4728 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
4729 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
4730 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
4733 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
4734 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
4735 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
4736 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
4737 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
4738 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
4739 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
4740 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
4741 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
4742 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale della
4745 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
4746 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
4747 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
4748 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
4749 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
4750 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
4752 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
4753 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
4754 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
4755 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
4756 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
4757 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
4758 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
4759 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
4760 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
4761 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
4762 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
4763 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
4764 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
4765 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
4766 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
4770 \section{Funzioni avanzate}
4771 \label{sec:file_stream_adv_func}
4773 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
4774 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
4775 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
4776 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
4777 programmazione \textit{multi-thread}.
4780 \subsection{Le funzioni di controllo}
4781 \label{sec:file_stream_cntrl}
4783 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
4784 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
4785 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
4786 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
4787 quest'ultimo; il suo prototipo è:
4791 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
4792 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
4795 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
4796 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
4797 se \param{stream} non è valido.}
4800 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
4801 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
4802 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
4803 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. La
4804 \acr{glibc} però supporta alcune estensioni derivate da Solaris, che
4805 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
4807 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
4808 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
4809 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
4810 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
4811 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
4812 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
4813 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
4817 \fhead{stdio\_ext.h}
4818 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
4819 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
4820 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
4821 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
4824 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4825 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4828 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
4830 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
4831 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
4832 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
4833 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
4836 \fhead{stdio\_ext.h}
4837 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
4838 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
4839 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
4840 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
4843 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4844 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4847 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
4848 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
4849 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
4850 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
4853 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
4854 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
4855 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
4856 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
4857 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
4858 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
4861 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
4862 \label{sec:file_buffering_ctrl}
4864 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
4865 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
4866 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
4867 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
4868 vengono allocati automaticamente.
4870 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
4871 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
4872 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
4877 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
4878 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
4881 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
4882 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
4885 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
4886 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
4887 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
4888 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
4889 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
4890 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
4891 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
4896 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
4898 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
4901 \constd{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
4902 \constd{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
4903 \constd{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
4906 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
4907 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4908 \label{tab:file_stream_buf_mode}
4911 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
4912 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
4913 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
4914 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
4915 funzione, può anche essere usata una variabile automatica. In
4916 \headfile{stdio.h} è definita la costante \constd{BUFSIZ}, che indica le
4917 dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste vengono usate
4918 dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale dimensione
4919 corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda del
4922 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
4923 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
4924 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
4925 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
4926 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
4927 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
4928 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
4929 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
4931 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
4932 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
4933 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
4934 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
4935 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
4936 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
4937 vengono sempre ignorati.
4939 Oltre a \func{setvbuf} la \acr{glibc} definisce altre tre funzioni per la
4940 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
4941 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
4945 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
4946 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
4947 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
4948 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
4949 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
4952 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
4956 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4957 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4958 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4959 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4960 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4961 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4962 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4963 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4964 portabilità su vecchi sistemi.
4966 Infine la \acr{glibc} provvede le funzioni non standard, anche queste
4967 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4968 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4972 \fhead{stdio\_ext.h}
4973 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4974 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4975 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4976 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4979 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4980 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4981 sono previste condizioni di errore.}
4984 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4985 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4986 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4990 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4991 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4994 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4995 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4996 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
5000 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
5001 (accessibile definendo una fra \macro{\_BSD\_SOURCE}, \macro{\_SVID\_SOURCE} o
5002 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
5004 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
5006 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
5007 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
5008 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
5009 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
5010 \textit{line buffered}. Per fare questo la \acr{glibc} supporta una
5011 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
5015 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
5016 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
5017 modalità \textit{line buffered}.}
5020 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
5023 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
5024 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
5025 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
5026 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
5028 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
5029 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
5033 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
5034 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
5037 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
5040 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
5041 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
5042 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
5045 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
5046 \label{sec:file_stream_thread}
5049 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
5050 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
5051 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
5052 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
5053 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
5056 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
5057 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
5058 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
5059 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
5060 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
5061 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
5062 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
5064 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
5065 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
5066 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
5067 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
5068 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
5069 \macrod{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
5073 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
5074 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
5075 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
5076 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
5078 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
5081 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
5082 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
5083 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
5084 precedentemente acquisito.
5086 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
5087 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
5091 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
5092 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
5095 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
5096 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
5099 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
5100 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
5101 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
5102 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
5103 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
5104 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
5106 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
5107 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
5108 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalla \acr{glibc})
5109 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
5110 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
5111 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
5112 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
5113 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
5116 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
5117 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
5118 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo la \acr{glibc} fornisce al
5119 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
5120 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
5121 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
5125 \fhead{stdio\_ext.h}
5126 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
5127 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
5130 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
5131 previste condizioni di errore.}
5134 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
5135 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
5136 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
5137 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
5142 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
5144 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
5147 \constd{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
5148 blocco implicito predefinito.\\
5149 \constd{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
5150 dover gestire da solo il locking dello
5152 \constd{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
5153 modalità di blocco dello
5157 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
5158 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
5159 \label{tab:file_fsetlocking_type}
5162 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
5163 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
5164 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
5165 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
5167 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
5171 %%% Local Variables:
5173 %%% TeX-master: "gapil"
5176 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
5177 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
5178 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
5179 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
5180 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
5181 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
5182 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
5183 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
5184 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
5185 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
5186 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
5187 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
5188 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
5189 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
5190 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
5191 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
5192 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
5193 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
5194 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
5195 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
5196 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
5197 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
5198 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
5199 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
5200 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
5201 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
5202 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
5203 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
5204 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
5205 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
5206 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
5207 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
5208 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
5209 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
5210 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
5211 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
5212 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
5213 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
5214 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
5215 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
5216 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
5217 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
5218 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
5219 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
5220 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
5221 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE NFSv InitFile stx
5222 % LocalWords: Documentation Urlich Drepper futimesat times FullWrite major
5223 % LocalWords: futimens fs Tread TMPFILE EDQUOT extN Minix UDF XFS mask all'
5224 % LocalWords: shmem Btrfs ubifs tmpfile fchmod fchown fsetxattr fchdir PF
5225 % LocalWords: fstatfs SIGTTIN EDESTADDRREQ datagram connect seal pag l'I INO
5226 % LocalWords: dirty execveat execve scandirat statx AUTOMOUNT automount DAC
5227 % LocalWords: wrapper EMPTY olddirfd oldpath newdirfd newpath capability ino
5228 % LocalWords: SEARCH flink choot oldirfd NOREPLACE EXCHANGE WHITEOUT union
5229 % LocalWords: renamat syscall whiteout overlay filesytem Live nell' sull'
5230 % LocalWords: statbuf statxbuf IFMT nlink atime mtime fexecve argv envp
5231 % LocalWords: blocks STATS btime RESERVED ctime ATTR dev ENOSYS
5232 % LocalWords: timestamp attributes COMPRESSED immutable NODUMP
5233 % LocalWords: dump ENCRYPTED rdev all'I dell'I
5235 %%% Local Variables:
5237 %%% TeX-master: "gapil"