Integrazioni su write
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2018 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37   descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
50
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il 
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
60
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 \itindbeg{process~table}
68 \itindbeg{file~table}
69
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
76
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
86 ha aperto.
87
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
94 particolare:
95 \begin{itemize*}
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
98   \var{f\_pos}.
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100   l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101     ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102     all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104   usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105     descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
110   \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112   l'interfaccia dei file descriptor.}
113   \label{fig:file_proc_file}
114 \end{figure}
115
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
120 processo.
121
122 \itindend{process~table}
123
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
127 essenziali come:
128 \begin{itemize*}
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
133   \textit{file table}.
134 \end{itemize*}
135
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
143
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
148
149 \itindbeg{standard~input} 
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
152
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2.  Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160   error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
161
162 \itindend{file~descriptor} 
163
164
165 Benché questa sia 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 \constd{O\_TMPFILE}, introdotto con il kernel
514 3.11,\footnote{inizialmente solo su alcuni filesystem (i vari \acr{extN},
515   \acr{Minix}, \acr{UDF}, \acr{shmem}) poi progressivamente esteso ad altri
516   (\acr{XFS} con il 3.15, \acr{Btrfs} e \acr{F2FS} con il 3.16, \acr{ubifs}
517   con il 4.9).}  consente di aprire un file temporaneo senza che questo venga
518 associato ad un nome e compaia nel filesystem. In questo caso la funzione
519 restituirà un file descriptor da poter utilizzare per leggere e scrivere dati,
520 ma il contenuto dell'argomento \param{path} verrà usato solamente per
521 determinare, in base alla directory su cui si verrebbe a trovare il
522 \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}, introdotto con il kernel 2.6.39, viene usato per
743 limitare l'uso del file descriptor restituito da \func{open} o
744 all'identificazione di una posizione sul filesystem (ad uso delle
745 \textit{at-functions} che tratteremo in sez.~\ref{sec:file_openat}) o alle
746 operazioni che riguardano il file descriptor in quanto tale, senza consentire
747 operazioni sul file; in sostanza se si apre un file con \const{O\_PATH} si
748 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 (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
795 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
796 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
797 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
798 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
799 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
800
801 \begin{funcproto}{
802 \fhead{fcntl.h}
803 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
804 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
805 }
806
807 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
808   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
809   \func{open}.}
810 \end{funcproto}
811
812 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
813 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
814   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
815 vecchi programmi.
816
817 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
818 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
819 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
820 disponibile; il suo prototipo è:
821
822 \begin{funcproto}{
823 \fhead{unistd.h}
824 \fdecl{int close(int fd)}
825 \fdesc{Chiude un file.} 
826 }
827
828 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
829   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
830   \begin{errlist}
831     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
832     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
833   \end{errlist}
834   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
835 \end{funcproto}
836
837 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
838 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
839 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
840 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
841 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
842 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
843 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
844 viene cancellato.
845
846 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
847 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
848 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
849 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
850 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \itindex{write-behind}
851 \textit{write-behind}, per cui una \func{write} può avere successo anche se i
852 dati non sono stati effettivamente scritti su disco. In questo caso un
853 eventuale errore di I/O avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre
854 verrebbe riportato alla chiusura esplicita del file. Per questo motivo non
855 effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
856 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
857   e le quote su disco.}
858
859 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
860 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
861 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
862 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente lo scarico
863 dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al comportamento
864 dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni dell'accesso al
865 disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva l'abitudine di
866 alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo prima di eseguire
867 lo shutdown di una macchina.
868
869 Si tenga comunque presente che ripetere la chiusura in caso di fallimento non
870 è opportuno, una volta chiamata \func{close} il file descriptor viene comunque
871 rilasciato, indipendentemente dalla presenza di errori, e se la riesecuzione
872 non comporta teoricamente problemi (se non la sua inutilità) se fatta
873 all'interno di un processo singolo, nel caso si usino i \textit{thread} si
874 potrebbe chiudere un file descriptor aperto nel contempo da un altro
875 \textit{thread}.
876
877 \subsection{La gestione della posizione nel file}
878 \label{sec:file_lseek}
879
880 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
881 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
882 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
883 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
884 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
885 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
886
887 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
888 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
889 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
890 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
891 prototipo è:
892
893 \begin{funcproto}{
894 \fhead{sys/types.h}
895 \fhead{unistd.h}
896 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
897 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
898 }
899
900 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
901   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
902   \begin{errlist}
903     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
904     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
905       tipo \type{off\_t}.
906     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
907       \textit{fifo}.
908   \end{errlist}
909   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
910 \end{funcproto}
911
912 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
913 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
914 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
915 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
916   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
917   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
918   \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
919 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
920 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
921 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
922 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
923 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
924
925 \begin{table}[htb]
926   \centering
927   \footnotesize
928   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
929     \hline
930     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
931     \hline
932     \hline
933     \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
934                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
935                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
936     \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
937                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
938                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
939                         corrente.\\
940     \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
941                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
942                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
943                         corrente.\\
944     \hline
945     \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
946                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
947                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
948                         (dal kernel 3.1).\\
949     \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
950                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
951                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
952                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
953                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
954                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
955     \hline
956   \end{tabular}  
957   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
958   \label{tab:lseek_whence_values}
959 \end{table}
960
961
962 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
963 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
964
965 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
966 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
967 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
968 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
969 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
970 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
971
972 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
973 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
974 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
975 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
976 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
977   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
978 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
979 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
980 indefinito.
981
982 \itindbeg{sparse~file} 
983 \index{file!\textit{hole}|(} 
984
985 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
986 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
987 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
988 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
989 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file.  Il nome deriva dal fatto
990 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
991 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
992 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
993 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
994 vuota.
995
996 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
997 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
998   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
999 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
1000 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
1001 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
1002 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
1003 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
1004 quella parte del file.
1005
1006 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
1007 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
1008 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
1009 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
1010 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
1011 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
1012 effettivamente allocati per il file.
1013
1014 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
1015 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
1016 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
1017 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
1018 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
1019 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
1020 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
1021
1022 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
1023 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
1024 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
1025 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
1026 accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di
1027 un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
1028 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
1029 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
1030 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
1031 inutilizzato.
1032
1033 \itindend{sparse~file}
1034
1035 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
1036 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
1037 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
1038 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
1039 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
1040 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
1041 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
1042 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
1043 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
1044 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
1045 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
1046 di \param{offset}.
1047
1048 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
1049 buco in un file è lasciata all'implementazione del filesystem, dato che oltre
1050 a quelle classiche appena esposte esistono vari motivi per cui una sezione di
1051 un file può non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può
1052 essere stata preallocata con \func{fallocate}, vedi
1053 sez.~\ref{sec:file_fadvise}). Questo significa che l'uso di questi nuovi
1054 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
1055 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
1056 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1057
1058 \index{file!\textit{hole}|)} 
1059
1060
1061 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
1062 \label{sec:file_read}
1063
1064 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
1065 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
1066 il cui prototipo è:
1067
1068 \begin{funcproto}{
1069 \fhead{unistd.h}
1070 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
1071 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
1072 }
1073
1074 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1075   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1076   \begin{errlist}
1077   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
1078     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1079   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1080   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1081     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1082     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1083     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1084     allineato.
1085   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1086     essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
1087   \end{errlist}
1088   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1089   significato generico.}
1090 \end{funcproto}
1091
1092 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1093 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
1094 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
1095 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
1096 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
1097 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
1098 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
1099 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
1100
1101 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1102 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1103 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1104 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1105 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
1106 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1107 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1108 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1109 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1110
1111 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1112 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1113 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1114 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1115 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1116 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1117 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1118 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1119
1120 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1121 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1122 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1123 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1124 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1125 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
1126 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1127
1128 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1129 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1130 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1131 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1132 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1133 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
1134 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1135 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1136 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1137   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1138   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1139   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1140   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1141 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1142 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1143
1144 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1145 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1146 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1147   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1148   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1149   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1150   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1151 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1152 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1153 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1154
1155 \begin{funcproto}{
1156 \fhead{unistd.h}
1157 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1158 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1159 }
1160
1161 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1162   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1163   \func{read} e \func{lseek}.}
1164 \end{funcproto}
1165
1166 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1167 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1168 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1169 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1170 modificare la posizione corrente.
1171
1172 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1173 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1174 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1175 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1176 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).  Il valore di \param{offset} fa
1177 sempre riferimento all'inizio del file. 
1178
1179 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1180 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1181 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1182 \begin{Example}
1183 #define _XOPEN_SOURCE 500
1184 \end{Example}
1185 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1186 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1187
1188
1189
1190 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1191 \label{sec:file_write}
1192
1193 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1194 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1195 prototipo è:
1196
1197 \begin{funcproto}{
1198 \fhead{unistd.h}
1199 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1200 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1201 }
1202
1203 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1204   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1205   \begin{errlist}
1206   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1207     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1208   \item[\errcode{EDESTADDRREQ}] si è eseguita una scrittura su un socket di
1209     tipo \textit{datagram} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type}) senza aver prima
1210     connesso il corrispondente con \func{connect} (vedi
1211     sez.~\ref{sec:UDP_sendto_recvfrom}).
1212   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1213     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1214     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1215   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1216     potuto scrivere qualsiasi dato.
1217   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1218     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1219 %  \item[\errcode{EPERM}] la scrittura è proibita da un \textit{file seal}.
1220   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1221     altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1222     segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1223     la funzione ritorna questo errore.
1224   \end{errlist}
1225   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO},
1226   \errval{EISDIR}, \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1227 \end{funcproto}
1228
1229
1230 \itindbeg{append~mode}
1231
1232 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1233 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1234 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1235 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1236 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1237 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1238 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1239 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1240
1241 \itindend{append~mode}
1242
1243 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1244 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1245 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1246 stesso comportamento di \func{read}.
1247
1248 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1249 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1250 nel file, il suo prototipo è:
1251
1252 \begin{funcproto}{
1253 \fhead{unistd.h}
1254 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1255 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1256 }
1257
1258 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1259   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1260   \func{write} e \func{lseek}.}
1261 \end{funcproto}
1262
1263 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1264
1265
1266 \section{Caratteristiche avanzate}
1267 \label{sec:file_adv_func}
1268
1269 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1270 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1271 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1272 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1273 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1274
1275
1276 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1277 \label{sec:file_shared_access}
1278
1279 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1280 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1281 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1282 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1283 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1284 diversi.
1285
1286 \begin{figure}[!htb]
1287   \centering
1288   \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1289   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1290     diversi}
1291   \label{fig:file_mult_acc}
1292 \end{figure}
1293
1294 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1295 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1296 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1297 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1298 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1299 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1300 su disco.
1301
1302 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1303 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1304 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1305 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1306 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1307 \begin{itemize}
1308 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1309   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1310   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1311   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1312   della struttura \kstruct{inode}.
1313 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1314   effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1315   dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1316   scrittura il file viene automaticamente esteso.
1317 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1318   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1319   c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1320   fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
1321   dalla struttura \kstruct{inode}.
1322 \end{itemize}
1323
1324 \begin{figure}[!htb]
1325   \centering
1326   \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1327   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1328   \label{fig:file_acc_child}
1329 \end{figure}
1330
1331 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1332 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}.  Questo è ad esempio il
1333 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1334 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1335 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1336 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1337 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1338
1339 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1340 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1341 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1342 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1343   table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1344 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1345 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1346 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1347 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1348 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1349 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1350 presente.
1351
1352 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1353 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1354 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1355 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1356 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1357 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1358 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1359 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1360 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1361 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1362
1363 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1364 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1365 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1366 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1367 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1368 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1369 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1370 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1371
1372 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1373 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1374 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1375 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1376 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1377 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1378 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1379 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1380 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1381
1382 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1383 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1384 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1385 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition};
1386 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
1387 \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come abbiamo appena visto, il
1388 file sarà esteso, ma il primo processo, avrà una posizione corrente che aveva
1389 impostato con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la
1390 sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
1391
1392 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1393 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1394 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1395 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1396 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1397 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1398 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1399 il file.  Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1400   call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1401 realizza un'operazione atomica.
1402
1403
1404 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1405 \label{sec:file_dup}
1406
1407 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1408 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1409 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1410 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1411 il cui prototipo è:
1412
1413 \begin{funcproto}{
1414 \fhead{unistd.h}
1415 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1416 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1417 }
1418
1419 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1420   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1421   \begin{errlist}
1422   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1423   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1424     descriptor aperti.
1425   \end{errlist}
1426 }  
1427 \end{funcproto}
1428
1429 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1430 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1431 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1432 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1433 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1434 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1435 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1436 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1437 da cui il nome della funzione.
1438
1439 \begin{figure}[!htb]
1440   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1441   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1442   \label{fig:file_dup}
1443 \end{figure}
1444
1445 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1446 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1447 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1448 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1449 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1450 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1451 riferimento.
1452
1453 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1454 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1455 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1456 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1457 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1458 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1459
1460 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1461 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1462 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1463 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1464 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1465 \textit{pipe}).
1466
1467 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1468 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1469 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1470 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1471 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1472 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1473 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1474 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1475 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1476 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1477 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1478
1479 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1480 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1481 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1482 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1483 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1484 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1485 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1486
1487 \begin{funcproto}{
1488 \fhead{unistd.h}
1489 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1490 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1491 }
1492
1493 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1494   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1495   \begin{errlist}
1496   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1497     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1498   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1499       condition}.
1500   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1501   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1502     descriptor aperti.
1503   \end{errlist}
1504 }  
1505 \end{funcproto}
1506
1507 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1508 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1509 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1510 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1511 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1512 e si limita a restituire \param{newfd}.
1513
1514 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1515 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1516 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1517 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1518 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1519 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1520 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1521 quello voluto.
1522
1523 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1524 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1525 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1526 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1527 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1528   abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1529   piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1530   aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1531   condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1532   OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1533   una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1534
1535 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1536 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1537 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1538 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1539 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1540 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1541 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1542 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1543 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1544 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1545 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1546
1547 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1548 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1549   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1550 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1551 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1552
1553 \begin{funcproto}{
1554 \fhead{unistd.h}
1555 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1556 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1557 }
1558
1559 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1560   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1561   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1562   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1563 }  
1564 \end{funcproto}
1565
1566 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1567 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1568 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1569 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1570 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1571
1572
1573 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1574 \label{sec:file_sync}
1575
1576 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1577 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1578 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1579 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1580 \func{write}.
1581
1582 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1583 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1584 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1585 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1586   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1587   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1588
1589 \begin{funcproto}{
1590 \fhead{unistd.h}
1591 \fdecl{void sync(void)}
1592 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1593 }
1594
1595 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1596 \end{funcproto}
1597
1598 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1599 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1600 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1601 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1602 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1603 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1604 scrittura effettiva.
1605
1606 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1607 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1608 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1609 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1610 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1611 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1612 comportamento può essere controllato attraverso il file
1613 \sysctlfiled{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1614   scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1615   del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1616   argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1617 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1618 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1619 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1620
1621 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1622 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1623 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1624 prototipi sono:
1625
1626 \begin{funcproto}{
1627 \fhead{unistd.h}
1628 \fdecl{int fsync(int fd)}
1629 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1630 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1631 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1632 }
1633
1634 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1635   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1636   \begin{errlist}
1637   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1638     sincronizzazione.
1639   \end{errlist}
1640   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1641   significato generico.}
1642 \end{funcproto}
1643
1644 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1645 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1646 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1647 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1648 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1649 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1650 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1651 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1652 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1653 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1654
1655 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1656 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1657 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1658 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1659 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1660   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1661   automatica delle voci delle directory.}
1662
1663 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1664 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1665 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1666 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1667 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1668 prestazioni. 
1669
1670 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1671 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1672   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1673   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1674 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1675 prototipo è:
1676
1677 \begin{funcproto}{
1678 \fhead{unistd.h}
1679 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1680 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1681   disco.}
1682 }
1683
1684 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1685   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1686   \begin{errlist}
1687     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1688   \end{errlist}
1689 }  
1690 \end{funcproto}
1691
1692 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1693 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1694 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1695
1696
1697 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1698 \label{sec:file_openat}
1699
1700 \itindbeg{at-functions}
1701
1702 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1703 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1704 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1705 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1706 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1707 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1708 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1709   attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1710 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1711
1712 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1713 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1714 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1715 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1716 di lavoro.
1717
1718 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1719 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1720 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1721 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1722 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1723 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1724 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1725   principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1726   \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1727   2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1728   prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1729   \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1730   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1731 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1732 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1733 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1734 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1735 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1736
1737 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1738 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1739 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1740 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1741 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1742 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1743
1744 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1745 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1746 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1747 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1748 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1749 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1750 a ciascun file che essa contiene.
1751
1752 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1753 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1754 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1755 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1756 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1757
1758 \begin{funcproto}{
1759 \fhead{fcntl.h}
1760 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1761 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1762 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.} 
1763 }
1764
1765 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1766   \func{open}, ed in più:
1767   \begin{errlist}
1768   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1769   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1770     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1771    \end{errlist}
1772 }  
1773 \end{funcproto}
1774
1775 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1776 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1777 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1778 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1779 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1780 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1781 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1782 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1783 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1784 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1785 sono definite in esso.
1786
1787 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1788 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1789 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1790 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1791 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1792 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1793 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1794 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1795
1796 \begin{table}[htb]
1797   \centering
1798   \footnotesize
1799   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1800     \hline
1801     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1802     \hline
1803     \hline
1804      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1805      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1806      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1807      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1808      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1809      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1810      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1811      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1812      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1813      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1814      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1815      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1816      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1817      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1818     \hline
1819   \end{tabular}
1820   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1821     corrispettive funzioni classiche.}
1822   \label{tab:file_atfunc_corr}
1823 \end{table}
1824
1825 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1826   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1827
1828 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1829 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1830 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1831 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1832 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1833 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1834 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1835 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1836 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1837
1838
1839
1840
1841 % TODO trattare fstatat e con essa
1842 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
1843 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
1844 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f) 
1845
1846 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1847 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1848 % http://lwn.net/Articles/562488/
1849
1850 % TODO: Trattare esempio di inzializzazione di file e successivo collegamento
1851 % con l'uso di O_TMPFILE e linkat, vedi man open
1852
1853
1854 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1855 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1856 % http://lwn.net/Articles/569134/ 
1857 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1858 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1859
1860
1861 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1862 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1863 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1864 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1865 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1866 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1867 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1868 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1869 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1870
1871 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1872 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1873 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1874
1875 \begin{funcproto}{
1876 \fhead{unistd.h}
1877 \fhead{fcntl.h} 
1878 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1879     group, int flags)}
1880 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1881 }
1882
1883 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1884   \func{chown}, ed in più:
1885   \begin{errlist}
1886   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1887   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1888   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1889     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1890   \end{errlist}
1891 }  
1892 \end{funcproto}
1893
1894 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1895 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1896 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1897 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1898 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1899 come \func{chown}.
1900
1901 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1902 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1903 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1904 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1905
1906 \begin{funcproto}{
1907 \fhead{unistd.h}
1908 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1909 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1910 }
1911
1912 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1913   \func{access}, ed in più:
1914   \begin{errlist}
1915   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1916   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1917   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1918     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1919   \end{errlist}
1920 }  
1921 \end{funcproto}
1922
1923 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1924 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1925 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1926 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1927 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1928 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1929 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1930 \func{access}).
1931
1932
1933 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1934 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1935 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1936 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1937
1938 \begin{funcproto}{
1939 \fhead{fcntl.h}
1940 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1941 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1942 }
1943
1944 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1945   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1946   più:
1947   \begin{errlist}
1948   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1949   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1950   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1951     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1952   \end{errlist}
1953 }  
1954 \end{funcproto}
1955
1956 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1957 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1958 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1959 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1960 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1961 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1962 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1963 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1964 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1965
1966 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1967 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1968 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1969 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1970 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1971 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1972 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1973 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1974 simbolici.
1975
1976 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1977 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1978 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1979 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1980 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1981 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1982
1983 \begin{table}[htb]
1984   \centering
1985   \footnotesize
1986   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1987     \hline
1988     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1989     \hline
1990     \hline
1991     \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1992                                     dereferenziazione dei collegamenti
1993                                     simbolici.\\ 
1994     \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1995                                   dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1996                                   (usato esplicitamente solo da
1997                                   \func{linkat}).\\ 
1998     \constd{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1999                                   il controllo dei permessi sia fatto usando
2000                                   l'\ids{UID} effettivo invece di quello
2001                                   reale.\\
2002     \constd{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
2003                                   la funzione si comporti come \func{rmdir}
2004                                   invece che come \func{unlink}.\\
2005     \hline
2006   \end{tabular}  
2007   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
2008     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
2009   \label{tab:at-functions_constant_values}
2010 \end{table}
2011
2012
2013 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2014
2015
2016 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
2017 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
2018 quella relativa a \func{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
2019 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
2020 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
2021 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
2022 precisione fino al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
2023 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
2024   introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
2025   della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
2026   da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
2027   nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
2028   parleremo.} ed il suo prototipo è:
2029
2030 \begin{funcproto}{
2031 \fhead{sys/time.h}
2032 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
2033     timespec times[2], int flags)}
2034 \fdesc{Cambia i tempi di un file.} 
2035 }
2036
2037 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2038   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
2039   \begin{errlist}
2040   \item[\errcode{EACCES}] si è richiesta l'impostazione del tempo corrente ma
2041     non si ha il permesso di scrittura sul file, o non si è proprietari del
2042     file o non si hanno i privilegi di amministratore; oppure il file è
2043     immutabile (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
2044   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
2045     descriptor valido.
2046   \item[\errcode{EFAULT}] \param{times} non è un puntatore valido oppure
2047     \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma \param{pathname} è \var{NULL} o non è
2048     un puntatore valido.
2049   \item[\errcode{EINVAL}] si sono usati dei valori non corretti per i tempi di
2050     \param{times}, oppure è si usato un valore non valido per \param{flags},
2051     oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
2052     \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
2053   \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto un cambiamento nei tempi non al tempo
2054     corrente, ma non si è proprietari del file o non si hanno i privilegi di
2055     amministratore; oppure il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
2056     sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
2057   \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
2058     componenti di \param{pathname}.
2059   \end{errlist}
2060   ed inoltre per entrambe \errval{EROFS} e per \func{utimensat}
2061   \errval{ELOOP}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR} nel
2062   loro significato generico.}
2063 \end{funcproto}
2064
2065 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
2066 di strutture \struct{timespec} esattamente come \func{futimes} (si veda quanto
2067 illustrato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). 
2068
2069 La funzione supporta invece, rispetto ad \func{utimes} che abbiamo visto in
2070 sez.~\ref{sec:file_file_times}, una sintassi più complessa che consente una
2071 indicazione sicura del file su cui operare specificando la directory su cui si
2072 trova tramite il file descriptor \param{dirfd} ed il suo nome come
2073 \textit{pathname relativo} in \param{pathname}.\footnote{su Linux solo
2074   \func{utimensat} è una \textit{system call} e \func{futimens} è una funzione
2075   di libreria, infatti se \param{pathname} è \var{NULL} \param{dirfd} viene
2076   considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento del tempo
2077   applicato al file sottostante, qualunque esso sia, per cui
2078   \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd,
2079     NULL, times, 0)} ma nella \acr{glibc} questo comportamento è disabilitato
2080   seguendo lo standard POSIX, e la funzione ritorna un errore di
2081   \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.}
2082
2083 Torneremo su questa sintassi e sulla sua motivazione in
2084 sez.~\ref{sec:file_openat}, quando tratteremo tutte le altre funzioni (le
2085 cosiddette \textit{at-functions}) che la utilizzano; essa prevede comunque
2086 anche la presenza dell'argomento \param{flags} con cui attivare flag di
2087 controllo che modificano il comportamento della funzione, nel caso specifico
2088 l'unico valore consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} che indica alla
2089 funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa che le permette
2090 di riprodurre le funzionalità di \func{lutimes}.
2091
2092
2093 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2094
2095
2096 \itindend{at-functions}
2097
2098 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2099 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
2100 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2101
2102 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
2103 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html 
2104
2105 \subsection{Le operazioni di controllo}
2106 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2107
2108 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2109 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2110 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2111 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2112 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2113
2114 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2115 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2116 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2117   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2118   il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2119 prototipo è:
2120
2121 \begin{funcproto}{
2122 \fhead{unistd.h}
2123 \fhead{fcntl.h}
2124 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2125 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2126 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2127 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2128 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
2129 }
2130
2131 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2132   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2133   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2134   l'unico valido in generale è:
2135   \begin{errlist}
2136   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2137   \end{errlist}
2138 }  
2139 \end{funcproto}
2140
2141 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2142 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2143 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2144 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2145 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2146 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2147 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2148 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2149
2150 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2151 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2152 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2153 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2154 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2155 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2156 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2157   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2158   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2159   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2160   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2161   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2162   descrittori consentito.
2163
2164 \itindbeg{close-on-exec}
2165
2166 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2167   in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2168   duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2169   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2170   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2171   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2172   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2173
2174 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2175     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2176   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2177   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2178   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2179   serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2180   \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2181   pertanto che il flag non è impostato.
2182
2183 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2184   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2185   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2186   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2187   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2188   tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2189   ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2190     si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2191     \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2192 \itindend{close-on-exec}
2193
2194 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2195   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2196   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2197   comando permette di rileggere il valore di quei bit
2198   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2199   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2200   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2201   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2202   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2203   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2204     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2205   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
2206
2207 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2208   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2209   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2210   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2211   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2212   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2213   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2214   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2215   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2216   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2217   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2218
2219 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2220   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2221   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2222   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2223   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2224   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2225
2226 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2227   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2228   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2229   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
2230   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2231
2232 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2233   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2234   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2235   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2236   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2237
2238 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2239   processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2240   che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2241   segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2242   asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2243   \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2244   sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2245   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2246   \errval{EBADF}.
2247
2248   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2249   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2250   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2251   \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2252   valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2253   $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2254   \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2255     presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2256     modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2257     che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2258   in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2259   dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2260   segno.
2261
2262   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2263   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2264   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2265   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2266   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2267     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2268     l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2269     unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2270     può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2271   il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2272   della \acr{glibc} e del kernel.
2273
2274 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2275   l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2276   segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2277   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2278   caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2279   \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2280     group} inesistente.
2281
2282   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2283   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2284   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2285   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2286   per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2287   valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2288   \textit{process group}.
2289
2290   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2291   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2292   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2293   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2294   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2295   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2296   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2297   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2298   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2299   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2300   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2301   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2302   interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2303     group}.
2304
2305 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2306   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2307   o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2308   preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2309   eventi associati al file descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in
2310   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2311   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2312
2313   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2314   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2315   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2316   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2317   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2318   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2319   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2320   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2321
2322 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2323   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2324   del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2325   \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2326   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2327   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2328   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2329   un tipo di identificatore valido.
2330
2331   \begin{figure}[!htb]
2332     \footnotesize \centering
2333     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2334       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2335     \end{varwidth}
2336     \normalsize 
2337     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2338     \label{fig:f_owner_ex}
2339   \end{figure}
2340
2341   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2342   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2343   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2344   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2345   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2346   \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2347   \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2348   rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2349     ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2350   di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2351   sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2352   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2353   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2354   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2355
2356 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2357   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2358   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2359   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2360   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2361   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2362   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2363   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2364   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2365
2366 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2367   I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2368   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2369   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2370   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2371   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2372   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2373   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2374   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2375   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2376
2377   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2378   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2379   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2380   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2381   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2382   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2383   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2384   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2385   accumulati in una coda prima della notifica.
2386
2387 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2388   processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2389   di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2390   diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2391   solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è
2392   trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2393
2394 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2395   di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2396   del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2397   successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2398   \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2399   (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2400   \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2401     lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2402   hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2403     capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2404
2405   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2406   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2407   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2408   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2409   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2410   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2411   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2412
2413 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2414   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2415   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2416   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2417   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2418   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2419   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2420   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2421   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2422
2423 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2424   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2425   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2426   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2427   restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2428   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2429   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2430
2431 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2432   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2433   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2434   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2435   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2436   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2437   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2438   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2439   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2440   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2441   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2442   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2443   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2444     precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2445   impostare un valore superiore a quello indicato da
2446   \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}.  Il comando è specifico di Linux, è
2447   disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2448   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2449
2450 \end{basedescript}
2451
2452 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2453 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2454
2455 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2456 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2457 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2458 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2459 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2460 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2461 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2462 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2463 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2464
2465 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2466 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2467 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2468 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2469 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2470 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2471 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2472 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2473
2474
2475 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2476 % \label{sec:file_ioctl}
2477
2478 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2479 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2480 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2481 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2482 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2483 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2484 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2485 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2486
2487 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2488 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2489 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2490
2491 \begin{funcproto}{
2492 \fhead{sys/ioctl.h}
2493 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2494 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2495 }
2496
2497 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2498   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2499   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2500   valori:
2501   \begin{errlist}
2502   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2503     validi.
2504   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2505     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2506     riferimento \param{fd}.
2507   \end{errlist}
2508   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2509 \end{funcproto}
2510
2511
2512 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2513 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2514 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2515 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2516 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2517 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2518 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2519 omesso, e per altre è un semplice intero.
2520
2521 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2522 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2523 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2524 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2525 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2526
2527 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2528 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2529 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2530 \begin{itemize*}
2531 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2532 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2533 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2534 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2535 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2536 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2537   speaker.
2538 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2539   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2540     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2541     successivi (come ext3).}
2542 \end{itemize*}
2543
2544 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2545 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2546 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2547 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2548 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2549   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2550   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2551   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2552   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2553   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2554 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2555 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2556 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2557 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2558 imprevedibili o indesiderati.
2559
2560 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2561 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2562 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2563 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2564 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2565 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2566 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2567
2568 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2569 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2570 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2571 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2572 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2573 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2574 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2575   questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2576   un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2577 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2578   in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2579   richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2580 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2581   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2582   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2583   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2584   nullo abilita).
2585 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2586   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2587   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2588   disabilita, un valore non nullo abilita).
2589 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2590   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2591   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2592   valore specifica il PID del processo.
2593 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2594   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2595   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2596   scritto il PID del processo.
2597 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2598   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2599   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2600   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2601   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2602   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2603 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2604   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2605   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2606   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2607 \end{basedescript}
2608
2609 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2610 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2611
2612 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2613 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2614 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2615 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2616 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2617 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2618 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2619 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2620 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2621 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2622 due funzioni sono rimaste.
2623
2624 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2625 % (bassa/bassissima priorità)
2626 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2627 %  EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2628 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2629
2630 % \chapter{}
2631
2632 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2633 \label{sec:files_std_interface}
2634
2635
2636 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2637 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2638 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2639
2640 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2641 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2642 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2643 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2644 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2645 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2646
2647 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2648 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2649 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2650 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2651
2652
2653 \subsection{I \textit{file stream}}
2654 \label{sec:file_stream}
2655
2656 \itindbeg{file~stream}
2657
2658 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2659 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2660 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2661
2662 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2663 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2664 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2665 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2666 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2667 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2668 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2669
2670 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2671 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2672 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2673 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2674 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2675 all'ottenimento della massima efficienza.
2676
2677 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2678 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2679 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2680 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2681 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2682 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2683
2684 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2685 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2686 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2687 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2688 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2689 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2690 accesso.
2691
2692 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2693 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2694 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2695 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2696 indicatori di stato e di fine del file.
2697
2698 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2699 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2700 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2701 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2702 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2703 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2704 file \headfile{stdio.h}.
2705
2706 \itindend{file~stream}
2707
2708 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2709 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2710 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2711 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2712 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2713
2714 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2715 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2716     stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2717   ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2718   prende i caratteri dalla tastiera.
2719 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2720     stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2721   uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2722   scrive sullo schermo.
2723 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2724     stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2725   errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2726   terminale e scrive sullo schermo.
2727 \end{basedescript}
2728
2729 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2730 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2731 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2732 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2733 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2734 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2735 usare la funzione \func{freopen}.
2736
2737
2738 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2739 \label{sec:file_buffering}
2740
2741 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2742 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2743 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2744 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2745 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2746 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2747 file.
2748
2749 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2750 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2751 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2752 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2753 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2754 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2755 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2756 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2757 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2758 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2759 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2760
2761 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2762 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2763 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2764 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2765 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2766 input/output sul terminale.
2767
2768 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2769 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2770 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2771 \begin{itemize}
2772 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2773   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2774   (effettuando immediatamente una \func{write});
2775 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2776   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2777   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2778   quando si preme invio);
2779 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2780   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2781 \end{itemize}
2782
2783 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2784 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2785 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2786 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2787
2788 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2789 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2790 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2791 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2792 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2793 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2794   buffered} altrimenti.
2795
2796 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2797   output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2798 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2799 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2800 dispositivo scelto.
2801
2802 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2803 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2804 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2805 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2806 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2807 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2808 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2809
2810 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2811 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2812 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2813 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2814 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2815 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2816 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2817 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2818
2819
2820
2821 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2822 \label{sec:file_fopen}
2823
2824 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2825 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2826   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2827   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2828
2829 \begin{funcproto}{
2830 \fhead{stdio.h}
2831 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2832 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2833 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2834 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2835 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2836 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2837 }
2838
2839 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2840   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2841   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2842   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2843   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2844   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2845   \func{freopen}.}
2846 \end{funcproto}
2847
2848 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2849 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2850 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2851 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2852 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2853
2854 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2855 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2856 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2857 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2858 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2859
2860 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2861 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2862 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2863 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
2864 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2865
2866 \begin{table}[htb]
2867   \centering
2868   \footnotesize
2869   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2870     \hline
2871     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2872     \hline
2873     \hline
2874     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2875                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2876                  file.\\ 
2877     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2878                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2879                  file.\\ 
2880 %    \hline
2881     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2882                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2883                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2884                  file.\\ 
2885     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2886                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2887                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2888                  file.\\ 
2889 %    \hline
2890     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2891                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2892                  scrittura.\\
2893     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2894                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2895                  scrittura.\\
2896     \hline
2897     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2898     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2899     \hline
2900   \end{tabular}
2901   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2902     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2903   \label{tab:file_fopen_mode}
2904 \end{table}
2905
2906 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2907 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2908 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2909 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2910 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2911 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2912 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2913 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2914
2915 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
2916 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2917 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2918 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2919 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2920 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2921
2922 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2923 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2924 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2925 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2926 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2927
2928 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2929 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2930 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2931 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2932 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2933 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2934 chiusura dello \textit{stream}.
2935
2936 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2937 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2938 impostati al valore
2939 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2940 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2941 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2942 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2943 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2944 operazione di I/O sul file.
2945
2946 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2947 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2948 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2949 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2950 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2951 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2952
2953 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2954 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2955 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2956 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2957 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2958 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2959 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2960
2961 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2962 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2963
2964 \begin{funcproto}{
2965 \fhead{stdio.h}
2966 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2967 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2968 }
2969
2970 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2971   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2972   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2973   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2974   \func{write} o \func{fflush}).
2975 }
2976 \end{funcproto}
2977
2978 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2979 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2980 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2981 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2982 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
2983 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2984 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2985
2986 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2987 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2988 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2989
2990 \begin{funcproto}{
2991 \fhead{stdio.h}
2992 \fdecl{int fcloseall(void)}
2993 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
2994 }
2995
2996 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2997   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
2998 \end{funcproto}
2999
3000 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
3001 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
3002 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
3003 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
3004 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
3005 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
3006
3007
3008 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
3009 \label{sec:file_io}
3010
3011 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
3012 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
3013 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
3014 input/output non formattato:
3015 \begin{itemize}
3016 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
3017    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
3018    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
3019 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
3020    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
3021    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
3022 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
3023    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
3024    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
3025 \end{itemize}
3026 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
3027 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
3028
3029 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
3030 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
3031 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
3032
3033 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
3034 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
3035 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
3036 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
3037 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
3038 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
3039 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
3040 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
3041
3042 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
3043 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
3044 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
3045 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
3046
3047 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
3048 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
3049 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
3050 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
3051 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
3052 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
3053
3054 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
3055 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
3056 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
3057 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
3058 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
3059 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
3060
3061 \begin{funcproto}{
3062 \fhead{stdio.h}
3063 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
3064 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
3065 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
3066 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
3067 }
3068
3069 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
3070   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
3071 \end{funcproto}
3072
3073 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
3074 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
3075 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
3076 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
3077
3078 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
3079 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
3080
3081 \begin{funcproto}{
3082 \fhead{stdio.h}
3083 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
3084 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
3085   \textit{stream}.}
3086 }
3087
3088 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
3089 \end{funcproto}
3090
3091 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3092 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3093 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3094 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3095 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3096 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3097 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3098
3099 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3100 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3101 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3102 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3103 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3104 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3105 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3106 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3107
3108 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3109 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3110 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3111 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3112 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3113 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3114 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3115 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3116 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3117 l'offset rispetto al record corrente.
3118
3119 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3120 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3121 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3122 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3123 rispettivi prototipi sono:
3124
3125 \begin{funcproto}{
3126 \fhead{stdio.h}
3127 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3128 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
3129 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3130 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
3131 }
3132
3133 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3134   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3135   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3136 \end{funcproto}
3137
3138 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3139 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3140 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3141 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3142 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
3143 successo e -1 in caso di errore.
3144
3145 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3146 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3147 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3148 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3149
3150 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3151 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3152
3153 \begin{funcproto}{
3154 \fhead{stdio.h}
3155 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
3156 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
3157 }
3158
3159 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3160   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
3161 \end{funcproto}
3162
3163 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3164 \textit{stream}.
3165
3166 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3167 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3168 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3169 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3170 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3171 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3172
3173 \begin{funcproto}{
3174 \fhead{stdio.h}
3175 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3176 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
3177 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3178 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
3179 }
3180
3181 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3182   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3183 \end{funcproto}
3184
3185 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3186 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3187 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3188 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3189 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3190 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3191 sistemi più moderni.
3192
3193 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3194
3195
3196
3197 \subsection{Input/output binario}
3198 \label{sec:file_binary_io}
3199
3200 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3201 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3202 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3203 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3204 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3205 i rispettivi prototipi sono:
3206
3207 \begin{funcproto}{
3208 \fhead{stdio.h} 
3209 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3210 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
3211 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
3212   FILE *stream)}
3213 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
3214 }
3215
3216 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3217   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3218   richiesto.}
3219 \end{funcproto}
3220
3221 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3222 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
3223 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3224 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3225 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3226 chiamata del tipo:
3227 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3228 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3229 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3230 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3231 si avrà allora una chiamata tipo:
3232 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3233 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3234 elemento. 
3235
3236 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3237 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3238 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3239 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3240
3241 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3242 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3243 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3244 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3245 corrispondente alla quantità di dati letti).
3246
3247 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3248 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3249 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3250 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3251 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3252 problema.
3253
3254 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3255 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3256 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3257 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3258 stesso programma che li ha prodotti.
3259
3260 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3261 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3262 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3263 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3264 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3265 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3266 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3267 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3268
3269 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3270 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3271 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3272 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3273 eventuali differenze.
3274
3275 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3276 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3277 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3278 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3279 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3280
3281 \begin{funcproto}{
3282 \fhead{stdio.h}
3283 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3284     nmemb, FILE *stream)}
3285 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3286     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3287 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3288   implicito sullo stesso.} 
3289 }
3290
3291 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3292   \func{fwrite}.}
3293 \end{funcproto}
3294
3295 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3296
3297
3298 \subsection{Input/output a caratteri}
3299 \label{sec:file_char_io}
3300
3301 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3302 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3303 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3304 rispettivi prototipi sono:
3305
3306 \begin{funcproto}{
3307 \fhead{stdio.h}
3308 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3309 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3310 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3311 \fdecl{int getchar(void)}
3312 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.} 
3313 }
3314
3315 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3316   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3317 \end{funcproto}
3318
3319 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3320 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3321 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3322 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3323
3324 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3325 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3326 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3327 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3328 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3329 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3330 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3331 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3332
3333 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3334 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3335 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3336 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3337 precedenza nel tipo di argomento).
3338
3339 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3340 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3341 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3342 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3343
3344 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3345 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3346 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3347 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3348 è:
3349
3350 \begin{funcproto}{
3351 \fhead{stdio.h} 
3352 \fhead{wchar.h}
3353 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3354 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3355 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3356 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3357 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.} 
3358 }
3359
3360 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3361   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3362 \end{funcproto}
3363
3364 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3365 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3366 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3367 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3368
3369 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3370 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3371 loro prototipi sono:
3372
3373 \begin{funcproto}{
3374 \fhead{stdio.h} 
3375 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3376 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3377 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3378 \fdecl{int putchar(int c)}
3379 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3380 }
3381
3382 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3383   \val{EOF} per un errore.}  
3384 \end{funcproto}
3385
3386 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3387 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3388 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3389 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3390 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3391 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3392 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3393 ritorno è \val{EOF}.
3394
3395 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3396 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3397 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3398 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3399 il lock implicito dello \textit{stream}.
3400
3401 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3402 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3403 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3404
3405 \begin{funcproto}{
3406 \fhead{stdio.h} 
3407 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3408 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3409 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3410 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3411 }
3412
3413 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3414   \val{EOF} per un errore.}
3415 \end{funcproto}
3416
3417 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3418 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3419 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3420 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3421
3422 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3423 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3424 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3425 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3426 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3427 viene dopo.
3428
3429 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3430 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3431 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3432 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3433
3434 \begin{funcproto}{
3435 \fhead{stdio.h}
3436 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3437 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3438 }
3439
3440 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3441   errore.}  
3442 \end{funcproto}
3443  
3444 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3445 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3446 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3447 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3448 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3449 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3450
3451 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3452 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3453 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3454 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3455 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3456 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3457
3458 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3459 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3460 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3461
3462 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3463 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3464 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3465 rimandati indietro vengono scartati.
3466
3467
3468 \subsection{Input/output di linea}
3469 \label{sec:file_line_io}
3470
3471 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3472 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3473 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3474 caratteristiche più controverse.
3475
3476 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3477 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3478 prototipi sono:
3479
3480 \begin{funcproto}{
3481 \fhead{stdio.h}
3482 \fdecl{char *gets(char *string)}
3483 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3484 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3485 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3486 }
3487
3488 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3489   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3490 \end{funcproto}
3491  
3492 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3493 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3494 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3495 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3496 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3497 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3498 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3499 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3500 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3501 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3502
3503 \itindbeg{buffer~overflow}
3504
3505 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3506 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3507 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3508 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3509 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3510 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3511 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3512   nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3513
3514 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3515 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3516 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3517 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3518 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3519 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3520 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3521 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3522
3523 \itindend{buffer~overflow}
3524
3525 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3526 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3527 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3528 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3529 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3530 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3531 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3532 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3533 successiva.
3534