Riordinati riferimenti al close-on-exec.
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2019 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37   descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
50
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il 
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
60
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 \itindbeg{process~table}
68 \itindbeg{file~table}
69
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
76
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
86 ha aperto.
87
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
94 particolare:
95 \begin{itemize*}
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
98   \var{f\_pos}.
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100   l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101     ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102     all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104   usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105     descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
110   \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112   l'interfaccia dei file descriptor.}
113   \label{fig:file_proc_file}
114 \end{figure}
115
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
120 processo.
121
122 \itindend{process~table}
123
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
127 essenziali come:
128 \begin{itemize*}
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
133   \textit{file table}.
134 \end{itemize*}
135
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
143
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
148
149 \itindbeg{standard~input} 
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
152
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2.  Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160   error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
161
162 \itindend{file~descriptor} 
163
164
165 Benché questa sia 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}.
172
173 \begin{table}[htb]
174   \centering
175   \footnotesize
176   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
177     \hline
178     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
179     \hline
180     \hline
181     \constd{STDIN\_FILENO}  & file descriptor dello \textit{standard input}.\\ 
182     \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183     \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
184     \hline
185   \end{tabular}
186   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187   \label{tab:file_std_files}
188 \end{table}
189
190 \itindend{standard~input} 
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
193
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file.  Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
203 stesso file.
204
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
211 \textit{inode}.
212
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
220
221 \itindend{file~table}
222
223
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
226
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231   nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232   \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
233
234 \begin{funcproto}{
235 \fhead{sys/types.h}
236 \fhead{sys/stat.h}
237 \fhead{fcntl.h}
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
240
241 \fdesc{Apre un file.} 
242 }
243
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
246   \begin{errlist}
247   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249   \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250     segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251   \item[\errcode{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
267     \const{O\_PATH}).
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}.
286   \end{errlist}
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.}
290 \end{funcproto}
291
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.
303
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.
311
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.
321
322 \itindbeg{file~status~flags}
323
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}).
331
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.
338
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}.
345
346 \begin{table}[htb]
347   \centering
348   \footnotesize
349     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
350       \hline
351       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
352       \hline
353       \hline
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.\\
357       \hline
358     \end{tabular}
359     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360       nell'apertura di un file.}
361   \label{tab:open_access_mode_flag}
362 \end{table}
363
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}).}
377
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.}
390
391 \itindend{file~status~flags}
392
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}).
404
405 \begin{table}[htb]
406   \centering
407   \footnotesize
408     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
409       \hline
410       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
411       \hline
412       \hline
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
444                              questo flag.\\
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
458                            Linux.\\ 
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.\\ 
463       \hline
464     \end{tabular}
465     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
466       un file.} 
467   \label{tab:open_time_flag}
468 \end{table}
469
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.}
474
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}).
484
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}).
493
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.
501
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}.
512
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
526 \func{open}.
527
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}.
536
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.
545
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.
557
558 % NOTE: per O_TMPFILE vedi: http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
559 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
560
561
562 \begin{table}[!htb]
563   \centering
564   \footnotesize
565     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
566       \hline
567       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
568       \hline
569       \hline
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
589                            \func{fcntl}.\\
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
597                            \func{fcntl} (vedi
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
638                            di Linux.\\
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).\\
649       \hline
650     \end{tabular}
651     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
652       un file.} 
653   \label{tab:open_operation_flag}
654 \end{table}
655
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}).
668
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}).
679
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
689 \errval{EINVAL}.
690
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}).
701
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}.
710
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}. 
715
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.
726
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}.
738
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/ 
741
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:
749 \begin{itemize*}
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}.
766 \end{itemize*}
767
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).
776
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.
783
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}).
793
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:
799
800 \begin{funcproto}{
801 \fhead{fcntl.h}
802 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
803 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
804 }
805
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
808   \func{open}.}
809 \end{funcproto}
810
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
814 vecchi programmi.
815
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:
820
821 \begin{funcproto}{
822 \fhead{unistd.h}
823 \fdecl{int close(int fd)}
824 \fdesc{Chiude un file.} 
825 }
826
827 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
828   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
829   \begin{errlist}
830     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
831     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
832   \end{errlist}
833   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
834 \end{funcproto}
835
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
843 viene cancellato.
844
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.}
857
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.
867
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
874 \textit{thread}.
875
876 \subsection{La gestione della posizione nel file}
877 \label{sec:file_lseek}
878
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.
885
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
890 prototipo è:
891
892 \begin{funcproto}{
893 \fhead{sys/types.h}
894 \fhead{unistd.h}
895 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
896 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
897 }
898
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:
901   \begin{errlist}
902     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
903     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
904       tipo \type{off\_t}.
905     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
906       \textit{fifo}.
907   \end{errlist}
908   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
909 \end{funcproto}
910
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)}.
923
924 \begin{table}[htb]
925   \centering
926   \footnotesize
927   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
928     \hline
929     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
930     \hline
931     \hline
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
938                         corrente.\\
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
942                         corrente.\\
943     \hline
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}
947                         (dal kernel 3.1).\\
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).\\ 
954     \hline
955   \end{tabular}  
956   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
957   \label{tab:lseek_whence_values}
958 \end{table}
959
960
961 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
962 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
963
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}).
970
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
979 indefinito.
980
981 \itindbeg{sparse~file} 
982 \index{file!\textit{hole}|(} 
983
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
993 vuota.
994
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.
1004
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.
1012
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}.
1020
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.
1030
1031 \itindend{sparse~file}
1032
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
1044 di \param{offset}.
1045
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}).
1055
1056 \index{file!\textit{hole}|)} 
1057
1058
1059 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
1060 \label{sec:file_read}
1061
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},
1064 il cui prototipo è:
1065
1066 \begin{funcproto}{
1067 \fhead{unistd.h}
1068 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
1069 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
1070 }
1071
1072 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1073   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1074   \begin{errlist}
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
1082     allineato.
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.
1086   \end{errlist}
1087   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1088   significato generico.}
1089 \end{funcproto}
1090
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.
1101
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.
1111
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.
1120
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}.
1128
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}.
1144
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:
1155
1156 \begin{funcproto}{
1157 \fhead{unistd.h}
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.} 
1160 }
1161
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}.}
1165 \end{funcproto}
1166
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.
1173
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}.
1184
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}.
1192
1193
1194 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1195 \label{sec:file_write}
1196
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
1199 prototipo è:
1200
1201 \begin{funcproto}{
1202 \fhead{unistd.h}
1203 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1204 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1205 }
1206
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:
1209   \begin{errlist}
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.
1229   \end{errlist}
1230   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO},
1231   \errval{EISDIR}, \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1232 \end{funcproto}
1233
1234
1235 \itindbeg{append~mode}
1236
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.
1245
1246 \itindend{append~mode}
1247
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}.
1252
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
1256 prototipo è:
1257
1258 \begin{funcproto}{
1259 \fhead{unistd.h}
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.} 
1262 }
1263
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}.}
1267 \end{funcproto}
1268
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}.
1274
1275
1276 \section{Caratteristiche avanzate}
1277 \label{sec:file_adv_func}
1278
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}).
1284
1285
1286 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1287 \label{sec:file_shared_access}
1288
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
1294 diversi.
1295
1296 \begin{figure}[!htb]
1297   \centering
1298   \includegraphics[width=11cm]{img/filemultacc}
1299   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1300     diversi}
1301   \label{fig:file_mult_acc}
1302 \end{figure}
1303
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}
1310 su disco.
1311
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:
1317 \begin{itemize*}
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}.
1334 \end{itemize*}
1335
1336 \begin{figure}[!htb]
1337   \centering
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}
1341 \end{figure}
1342
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.
1350
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
1362 presente.
1363
1364 \itindbeg{close-on-exec}
1365
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}).
1378
1379 \itindend{close-on-exec}
1380
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.
1389
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}.
1399
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.
1410
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.
1421
1422
1423 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1424 \label{sec:file_dup}
1425
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:
1431
1432 \begin{funcproto}{
1433 \fhead{unistd.h}
1434 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1435 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1436 }
1437
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:
1440   \begin{errlist}
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}).
1444   \end{errlist}
1445 }  
1446 \end{funcproto}
1447
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.
1457
1458 \begin{figure}[!htb]
1459   \centering \includegraphics[width=11cm]{img/filedup}
1460   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1461   \label{fig:file_dup}
1462 \end{figure}
1463
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
1470 riferimento.
1471
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.
1478
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
1484 \textit{pipe}).
1485
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.
1497
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:
1505
1506 \begin{funcproto}{
1507 \fhead{unistd.h}
1508 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1509 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1510 }
1511
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:
1514   \begin{errlist}
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
1518       condition}.
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
1521     descriptor aperti.
1522   \end{errlist}
1523 }  
1524 \end{funcproto}
1525
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}.
1532
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
1540 quello voluto.
1541
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.
1553
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.
1565
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:
1571
1572 \begin{funcproto}{
1573 \fhead{unistd.h}
1574 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1575 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1576 }
1577
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}.
1582 }  
1583 \end{funcproto}
1584
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}.
1590
1591
1592 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1593 \label{sec:file_sync}
1594
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
1599 della \func{write}.
1600
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 $0$.}
1607
1608 \begin{funcproto}{
1609 \fhead{unistd.h}
1610 \fdecl{void sync(void)}
1611 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1612 }
1613
1614 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1615 \end{funcproto}
1616
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.
1624
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.}
1636
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.
1642
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
1646 prototipi sono:
1647
1648 \begin{funcproto}{
1649 \fhead{unistd.h}
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.} 
1654 }
1655
1656 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1657   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1658   \begin{errlist}
1659   \item[\errcode{EDQUOT}] si è superata un quota disco durante la
1660     sincronizzazione.
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
1667     sincronizzazione.
1668   \end{errlist}
1669   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
1670 \end{funcproto}
1671
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.
1682
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.}
1690
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
1695 eseguita.
1696
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
1702 di prestazioni.
1703
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
1709 prototipo è:
1710
1711 \begin{funcproto}{
1712 \fhead{unistd.h}
1713 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1714 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1715   disco.}
1716 }
1717
1718 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1719   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1720   \begin{errlist}
1721     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1722   \end{errlist}
1723 }  
1724 \end{funcproto}
1725
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.
1729
1730
1731
1732 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e le altre}
1733 \label{sec:file_openat}
1734
1735 \itindbeg{at-functions}
1736
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. 
1747
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.
1755
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.
1772
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).
1778
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.
1786
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.
1795
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.
1806
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:
1812
1813 \begin{funcproto}{
1814 \fhead{fcntl.h}
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.} 
1818 }
1819
1820 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1821   \func{open}, ed in più:
1822   \begin{errlist}
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.
1826    \end{errlist}
1827 }  
1828 \end{funcproto}
1829
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.
1840
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.
1849
1850 \begin{table}[htb]
1851   \centering
1852   \footnotesize
1853   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1854     \hline
1855     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1856     \hline
1857     \hline
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}\\
1877     \hline
1878   \end{tabular}
1879   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1880     corrispettive funzioni classiche.}
1881   \label{tab:file_atfunc_corr}
1882 \end{table}
1883
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.}
1887
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.
1896
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.
1906
1907 \begin{table}[htb]
1908   \centering
1909   \footnotesize
1910   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1911     \hline
1912     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1913     \hline
1914     \hline
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
1921                                     simbolici.\\
1922     \hline
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
1926                                   reale.\\
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.\\
1939     \hline
1940   \end{tabular}  
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}
1945 \end{table}
1946
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}.}
1952
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}. 
1958
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).
1971
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}.
1980
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:
1984
1985 \begin{funcproto}{
1986 \fhead{fcntl.h} 
1987 \fhead{unistd.h}
1988 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1989     group, int flags)}
1990 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1991 }
1992
1993 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1994   \func{chown}, ed in più:
1995   \begin{errlist}
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.
2000   \end{errlist}
2001 }  
2002 \end{funcproto}
2003
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
2010 ha flag specifici.
2011
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
2014 il suo prototipo è:
2015
2016 \begin{funcproto}{
2017 \fhead{fcntl.h} 
2018 \fhead{unistd.h}
2019 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
2020 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
2021 }
2022
2023 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2024   \func{access}, ed in più:
2025   \begin{errlist}
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.
2030   \end{errlist}
2031 }  
2032 \end{funcproto}
2033
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.
2041
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:
2046
2047 \begin{funcproto}{
2048 \fhead{fcntl.h}
2049 \fhead{unistd.h}
2050 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
2051 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
2052 }
2053
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
2056   più:
2057   \begin{errlist}
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.
2062   \end{errlist}
2063 }  
2064 \end{funcproto}
2065
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.
2076
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:
2089
2090 \begin{funcproto}{
2091 \fhead{fcntl.h}
2092 \fhead{sys/stat.h}
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.} 
2097 }
2098
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:
2102   \begin{errlist}
2103   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
2104     descriptor valido.
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}.
2112   \end{errlist}
2113 }
2114 \end{funcproto}
2115
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).
2124
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.
2136
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:
2139
2140 \begin{funcproto}{
2141 \fhead{fcntl.h}
2142 \fhead{sys/stat.h}
2143 \fdecl{int fstatat(int dirfd, const char *pathname, struct stat *statbuf, int
2144   flags)} 
2145 \fdesc{Legge le informazioni di un file.} 
2146 }
2147
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:
2151   \begin{errlist}
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.
2156   \end{errlist}
2157 }  
2158 \end{funcproto}
2159
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.
2167             
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
2170 suo prototipo è:
2171
2172 \begin{funcproto}{
2173 \fhead{fcntl.h}
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}).} 
2177 }
2178
2179 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2180   \func{link}, ed in più:
2181   \begin{errlist}
2182   \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2183     descriptor valido.
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
2196     directory.
2197   \end{errlist}
2198 }  
2199 \end{funcproto}
2200
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.
2206
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.
2216
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.
2227
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.
2239
2240 % NOTE per la discussione sui problemi di sicurezza relativi a questa
2241 % funzionalità vedi http://lwn.net/Articles/562488/
2242
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.
2254
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}.
2265
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}.
2275  
2276 \begin{figure}[!htb]
2277   \footnotesize \centering
2278   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2279     \includecodesample{listati/InitFile.c}
2280   \end{minipage}
2281   \caption{Esempio di codice per creare in maniera sicura il contenuto
2282     iniziale di un file.}
2283   \label{fig:initfile}
2284 \end{figure}
2285
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
2295 qualora avvenga.
2296
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.
2304
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
2313 precedente.
2314
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:
2318
2319 \begin{funcproto}{
2320 \fhead{fcntl.h}
2321 \fdecl{int renameat(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, const
2322   char *newpath)} 
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.} 
2326 }
2327
2328 {La funzioni ritornano gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2329   \func{rename}, ed in più per entrambe:
2330   \begin{errlist}
2331   \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2332     descriptor valido.
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.
2336   \end{errlist}
2337   e per \func{renameat2} anche:
2338   \begin{errlist}
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.
2349   \end{errlist}
2350 }  
2351 \end{funcproto}
2352
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
2360 \param{flags}.
2361
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).
2369
2370 \begin{table}[htb]
2371   \centering
2372   \footnotesize
2373   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2374     \hline
2375     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2376     \hline
2377     \hline
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).\\ 
2386     \hline
2387   \end{tabular}  
2388   \caption{I valori specifici dei bit dell'argomento \param{flags} per l'uso
2389     con \func{renameat2}.}
2390   \label{tab:renameat2_flag_values}
2391 \end{table}
2392
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.
2403
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.
2410
2411 \itindbeg{overlay~filesytem}
2412 \itindbeg{union~filesytem}
2413
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.
2425
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}.
2439
2440 \itindend{overlay~filesytem}
2441 \itindend{union~filesytem}
2442
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:
2447
2448 \begin{funcproto}{
2449 \fhead{sys/types.h}
2450 \fhead{sys/stat.h}
2451 \fhead{unistd.h}
2452 \fhead{fcntl.h}
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.} 
2456 }
2457
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:
2461   \begin{errlist}
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.
2467   \end{errlist}
2468 }  
2469 \end{funcproto}
2470
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.
2479
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
2486 illustrato.
2487
2488 \begin{table}[htb]
2489   \centering
2490   \footnotesize
2491   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2492     \hline
2493     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2494     \hline
2495     \hline
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
2500                                         filesystem.\\
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)
2506                                      verso lo stesso.\\
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.\\ 
2513     \hline
2514   \end{tabular}  
2515   \caption{Valori specifici di \func{statx} per l'argomento \param{flags}.}
2516   \label{tab:statx_flags_const}
2517 \end{table}
2518
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}.
2525
2526 \begin{table}[htb]
2527   \centering
2528   \footnotesize
2529   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2530     \hline
2531     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2532     \hline
2533     \hline
2534     \constd{STATX\_TYPE}  & Tipo del file (\texttt{stx\_mode \& S\_IFMT}).\\
2535     \constd{STATX\_MODE}  & Permessi del file (\texttt{stx\_mode \&
2536                             \tild{}S\_IFMT}).\\ 
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}).\\
2551 %    \constd{}& .\\
2552     \constd{STATX\_ALL}   & Tutte le informazioni.\\
2553     \hline
2554   \end{tabular}
2555   \caption{Le costanti per i valori dell'argomento \param{mask} di
2556     \func{statx}.}
2557   \label{tab:statx_mask_const}
2558 \end{table}
2559
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.
2572
2573 \begin{figure}[!htb]
2574   \footnotesize
2575   \centering
2576   \begin{minipage}[c]{0.8\textwidth}
2577     \includestruct{listati/statx.h}
2578   \end{minipage} 
2579   \normalsize 
2580   \caption{La struttura \structd{statx} per la lettura delle informazioni dei 
2581     file.}
2582   \label{fig:file_statx_struct}
2583 \end{figure}
2584
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.
2592
2593 \begin{figure}[!htb]
2594   \footnotesize
2595   \centering
2596   \begin{minipage}[c]{0.8\textwidth}
2597     \includestruct{listati/statx_timestamp.h}
2598   \end{minipage} 
2599   \normalsize 
2600   \caption{La struttura \structd{statx\_timestamp} per i tempi dei file con
2601     \func{statx}. }
2602   \label{fig:file_statx_timestamp_struct}
2603 \end{figure}
2604
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
2613 guida).
2614
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
2620 informazioni.
2621
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
2641   descrizione.
2642 \begin{table}[htb]
2643   \centering
2644   \footnotesize
2645   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2646     \hline
2647     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2648     \hline
2649     \hline
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
2653                                       accesso).\\
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
2665                                       \cmd{dump}.\\
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}.\\
2672     \hline
2673   \end{tabular}
2674   \caption{Le costanti degli attributi addizionali restituiti in
2675     \var{stx\_attributes}.} 
2676   \label{tab:statx_stx_attributes}
2677 \end{table}
2678
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}).
2683
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}).
2687 \end{basedescript}
2688
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.
2695
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.
2706
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.
2713
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)
2716
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}.
2724
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.
2730
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:
2734
2735 \begin{funcproto}{
2736 \fhead{unistd.h}
2737 \fdecl{int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[])}
2738 \fdesc{Esegue un programma da un file descriptor.}
2739 }
2740
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:
2743   \begin{errlist}
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
2747     del kernel 3.19).   
2748   \end{errlist}
2749   oltre a tutti gli errori già visti per \func{execve}.}
2750 \end{funcproto}
2751
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}.
2759
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:
2763
2764 \begin{funcproto}{
2765 \fhead{unistd.h}
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.} 
2769 }
2770
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:
2774   \begin{errlist}
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
2782       all'interprete.
2783   \end{errlist}
2784 }
2785 \end{funcproto}
2786
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.
2796
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
2801 all'esecuzione di:
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.
2806
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.
2815
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
2824 interpretare.
2825
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.
2832
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
2836
2837 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
2838 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
2839
2840
2841 % TODO: trattare i nuovi AT_flags quando e se arriveranno, vedi
2842 % https://lwn.net/Articles/767547/ 
2843
2844 \itindend{at-functions}
2845
2846
2847 \subsection{Le operazioni di controllo}
2848 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2849
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.
2855
2856 % TODO: trattare qui i file seal 
2857
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
2863 prototipo è:
2864
2865 \begin{funcproto}{
2866 \fhead{unistd.h}
2867 \fhead{fcntl.h}
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.} 
2873 }
2874
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:
2879   \begin{errlist}
2880   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2881   \item[\errcode{EINVAL}] \param{cmd} non è un comando supportato dal kernel
2882     corrente.
2883   \end{errlist}
2884 }  
2885 \end{funcproto}
2886
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}.
2895
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.
2909
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}).
2917
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.
2926
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.}
2936
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}. 
2949
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.
2961
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}.
2968
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}.
2974
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}.
2980
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
2989   \errval{EBADF}.
2990
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
3003   segno.
3004
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.
3016
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
3023     group} inesistente.
3024
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}.
3032
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
3046     group}.
3047
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.
3055
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}.
3064
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.
3073
3074   \begin{figure}[!htb]
3075     \footnotesize \centering
3076     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
3077       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
3078     \end{varwidth}
3079     \normalsize 
3080     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
3081     \label{fig:f_owner_ex}
3082   \end{figure}
3083
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}.
3098
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}.
3108
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}.
3119
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.
3129
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}.
3136
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}.}
3147
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}.
3155
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}.
3165
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}.
3173
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}.
3192
3193 \end{basedescript}
3194
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/)
3197
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}.
3207
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.
3216
3217
3218 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
3219 % \label{sec:file_ioctl}
3220
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.
3229
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:
3233
3234 \begin{funcproto}{
3235 \fhead{sys/ioctl.h}
3236 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
3237 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
3238 }
3239
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
3243   valori:
3244   \begin{errlist}
3245   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
3246     validi.
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}.
3250   \end{errlist}
3251   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
3252 \end{funcproto}
3253
3254
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.
3263
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.
3269
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:
3273 \begin{itemize*}
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
3280   speaker.
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).}
3285 \end{itemize*}
3286
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.
3302
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}. 
3310
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
3327   nullo abilita).
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.
3350 \end{basedescript}
3351
3352 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
3353 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
3354
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.
3366
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/
3372
3373 % \chapter{}
3374
3375 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
3376 \label{sec:files_std_interface}
3377
3378
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.
3382
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.
3389
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}.
3394
3395
3396 \subsection{I \textit{file stream}}
3397 \label{sec:file_stream}
3398
3399 \itindbeg{file~stream}
3400
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.
3404
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.
3412
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.
3419
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}.
3426
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
3433 accesso.
3434
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.
3440
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}.
3448
3449 \itindend{file~stream}
3450
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:
3456
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.
3470 \end{basedescript}
3471
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}.
3479
3480
3481 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
3482 \label{sec:file_buffering}
3483
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
3490 file.
3491