Aggiornamento note di copyright e correzioni minime.
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2014 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 \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
18 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
19 funzionalità evolute 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 \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
33 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
34 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
35 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
36 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
37 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
38 modalità con cui 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 \itindex{inode}
55 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
56 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
57 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
58 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
59 comunicazione 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 \textit{file descriptor}.  Quando un
63 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
64 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
65 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
68 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
69 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
70 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
71 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
72 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
73 \itindex{file~table} \textit{file table}.
74
75 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
76 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
77 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
78 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
79 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
80 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
81   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
82   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
83   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
84 ha aperto.
85
86 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
87 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
88 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
89 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
90 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
91 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
92 gestione dei file, ed in particolare:
93 \begin{itemize*}
94 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
95   \var{f\_flags}.
96 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
97   \var{f\_pos}.
98 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
99   \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
100     realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
101     a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
102     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 \textit{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 \itindex{file~table} \textit{file table}, la
119 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
120 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
121
122 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
123 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
124 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
125 essenziali come:
126 \begin{itemize*}
127 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
128 \item il numero di file aperti dal processo.
129 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
130   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
131   \itindex{file~table} \textit{file table}.
132 \end{itemize*}
133
134 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
135 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
136 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
137 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
138 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
139 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
140 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
141 operazioni necessarie.
142
143 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
144 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
145 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
146 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
147
148 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
149 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
150 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
151 valori 0, 1 e 2.  Il primo file è sempre associato al cosiddetto
152 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
153 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
154 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
155 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
156 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
157 dati relativi agli errori.
158
159 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
160 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
161 interoperabilità.  Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
162 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
163 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1
164 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
165 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
166
167 \begin{table}[htb]
168   \centering
169   \footnotesize
170   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
171     \hline
172     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
173     \hline
174     \hline
175     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello
176                              \itindex{standard~input} \textit{standard
177                                input}.\\ 
178     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
179                              \itindex{standard~output} \textit{standard
180                                output}.\\
181     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
182                                error}.\\
183     \hline
184   \end{tabular}
185   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
186   \label{tab:file_std_files}
187 \end{table}
188
189 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
190 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
191 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
192 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
193 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
194 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
195 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
196 file.  Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
197 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
198 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
199 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
200 più volte lo stesso file.
201
202 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
203   table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
204 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
205 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
206 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
207 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
208   table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
209 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
210
211 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
212 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
213 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
214 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
215 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
216 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
217 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
218
219
220
221 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
222 \label{sec:file_open_close}
223
224 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
225 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
226 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
227 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
228   nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
229   \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
230
231 \begin{funcproto}{
232 \fhead{sys/types.h}
233 \fhead{sys/stat.h}
234 \fhead{fcntl.h}
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
236 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
237
238 \fdesc{Apre un file.} 
239 }
240
241 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
242   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
243   \begin{errlist}
244   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
245     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
246   \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
247     segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
248   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
249     l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
250   \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
251     standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
252   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
253     risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
254     \param{pathname} è un collegamento simbolico.
255   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
256     dispositivo che non esiste.
257   \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
258     \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente. 
259   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
260     \param{pathname} non è una directory.
261   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
262     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
263     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
264     assente.
265   \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
266     amministratori né proprietari del file.
267   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
268     di un programma in esecuzione.
269   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
270     richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
271   \end{errlist}
272   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
273   \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
274   \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
275 \end{funcproto}
276
277 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
278 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
279 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
280 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
281 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
282 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
283 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
284 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
285 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
286
287 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
288 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
289 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
290 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
291 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
292 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
293 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
294   input} dato che avrà il file descriptor 0.
295
296 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
297 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
298 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
299 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
300 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
301 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
302 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
303 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
304 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
305
306 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
307 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
308 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
309 significato specifico.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
310 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
311 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
312 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
313 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
314
315 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
316 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
317 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
318 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
319 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
320 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
321
322 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
323 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
324 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
325 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
326 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
327 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
328
329 \begin{table}[htb]
330   \centering
331   \footnotesize
332     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
333       \hline
334       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
335       \hline
336       \hline
337       \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
338       \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
339       \const{O\_RDWR}   & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
340       \hline
341     \end{tabular}
342     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
343       nell'apertura di un file.}
344   \label{tab:open_access_mode_flag}
345 \end{table}
346
347 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
348 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
349 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
350 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
351 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
352   su Linux, dove i valori per le tre costanti di
353   tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
354   valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
355   standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
356   driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
357   e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
358   o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
359   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
360
361 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
362 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
363 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
364 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
365 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
366 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
367 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
368 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
369   definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
370   \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
371   un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
372   alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
373
374 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
375   apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
376   \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
377   fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
378   più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
379   cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
380 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
381 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
382 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
383 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
384 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
385
386 \begin{table}[htb]
387   \centering
388   \footnotesize
389     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
390       \hline
391       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
392       \hline
393       \hline
394       \const{O\_CREAT} &    Se il file non esiste verrà creato, con le regole
395                             di titolarità del file viste in
396                             sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
397                             imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
398                             essere sempre specificato.\\  
399       \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
400                             chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
401                             kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
402                             serve ad evitare dei possibili
403                             \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
404                             \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} 
405                             viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
406                             associato ad una unità a nastri. Non viene
407                             usato al di fuori dell'implementazione di
408                             \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
409                             definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
410       \const{O\_EXCL}     & Deve essere usato in congiunzione con
411                             \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
412                             indicato da \param{pathname} non sia già esistente
413                             (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
414                             un errore di \errcode{EEXIST}).\\
415       \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
416                             l'apertura di file molto grandi, la cui
417                             dimensione non è rappresentabile con la versione a
418                             32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
419                             l'interfaccia alternativa abilitata con la
420                             macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
421                             illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
422                             sempre preferibile usare la conversione automatica
423                             delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
424                             macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
425                             questo flag.\\
426       \const{O\_NOCTTY}   & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
427                             di terminale, questo non diventerà il terminale di
428                             controllo, anche se il processo non ne ha ancora
429                             uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ 
430       \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
431                             la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
432                             aggiunta in Linux a partire dal kernel
433                             2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
434                             la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
435       \const{O\_TRUNC}    & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
436                             ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
437                             una fifo viene ignorato, negli altri casi il
438                             comportamento non è specificato.\\ 
439       \hline
440     \end{tabular}
441     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
442       un file.} 
443   \label{tab:open_time_flag}
444 \end{table}
445
446
447 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
448 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
449 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
450 % https://lwn.net/Articles/558598/
451
452 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
453     Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
454   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
455   bloccato nelle risposte all'attacco.}
456
457 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
458 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
459   flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
460   \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
461   sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
462   esistono con Linux.}  Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
463 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
464 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
465 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
466 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
467 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
468 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
469 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
470 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
471   file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
472   \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
473   nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
474     lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
475
476 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
477 indefinito.  Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
478 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
479 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
480 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
481 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
482 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.  Quando viene creato un nuovo file
483 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
484 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
485 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
486 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
487
488 \begin{table}[!htb]
489   \centering
490   \footnotesize
491     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
492       \hline
493       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
494       \hline
495       \hline
496       \const{O\_APPEND}  & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
497                            \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
498                            sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
499                            sulla sua coda, per cui quanto si scrive
500                            viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
501                            NFS questa funzionalità non è supportata 
502                            e viene emulata, per questo possono verificarsi
503                            \itindex{race~condition} \textit{race 
504                              condition} con una sovrapposizione dei dati se
505                            più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
506       \const{O\_ASYNC}   & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
507                            sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
508                            impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
509                            tutte le volte che il file è pronto per le
510                            operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
511                            può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
512                            e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
513                            un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
514                            in fase di apertura del file, deve
515                            invece essere attivato successivamente con
516                            \func{fcntl}.\\
517       \const{O\_CLOEXEC}&  Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
518                            \textit{close-on-exec} (vedi
519                            sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è 
520                            previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
521                            introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
522                            \itindex{race~condition} \textit{race condition}
523                            che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
524                            fra l'apertura del file e l'impostazione della
525                            suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
526                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
527       \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
528                            \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
529                            scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
530                            kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
531                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
532                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
533       \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
534                            file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
535                            molti filesystem questa funzionalità non è
536                            disponibile per il singolo file ma come opzione
537                            generale da specificare in fase di
538                            montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed 
539                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
540                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
541       \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
542                            le operazioni di I/O (vedi
543                            sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
544                            il fallimento delle successive operazioni di
545                            lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
546                            per la loro esecuzione immediata, invece del 
547                            blocco delle stesse in attesa di una successiva
548                            possibilità di esecuzione come avviene
549                            normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
550                            fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
551                            si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
552                            una \func{ioctl} (vedi
553                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
554       \const{O\_NDELAY}  & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
555                            origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
556                            una \func{read} con un valore nullo e non con un
557                            errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
558                            come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
559                            di un valore nullo da parte di \func{read} ha 
560                            il significato di una \textit{end-of-file}.\\
561       \const{O\_SYNC}    & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
562                            scrittura si bloccherà fino alla conferma
563                            dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
564                            sull'hardware sottostante (in questo significato
565                            solo dal kernel 2.6.33).\\
566       \const{O\_DSYNC}   & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
567                            scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
568                            dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
569                            ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
570                            questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
571       \hline
572     \end{tabular}
573     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
574       un file.} 
575   \label{tab:open_operation_flag}
576 \end{table}
577
578 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
579 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
580 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
581 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
582 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
583 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
584 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
585   status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
586 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
587 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
588 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
589 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
590
591 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
592 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
593 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
594   ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
595 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
596 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
597 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
598 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
599 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
600 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
601
602 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
603 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
604   SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
605   FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
606 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
607 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
608 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
609 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
610 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
611 \errval{EINVAL}.
612
613 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
614 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
615 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
616 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
617 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
618 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
619 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
620 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
621 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
622 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
623
624 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
625 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
626 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
627 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
628 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
629   del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
630   causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
631 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
632
633 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
634 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
635 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
636 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}. 
637
638 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
639 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
640 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
641 informazioni ausiliarie come i tempi dei file.  Il secondo, da usare in
642 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
643 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
644 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
645 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
646 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
647 sincronizzazione non sia completata.
648
649 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
650 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
651 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
652 sinonimi di \const{O\_SYNC}.  Con il kernel 2.6.33 il significato di
653 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
654 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
655 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
656 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
657 comportamento diverso.  Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
658 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
659 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
660
661 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella  
662 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ 
663
664 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
665 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
666 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
667 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
668 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
669
670 \begin{funcproto}{
671 \fhead{fcntl.h}
672 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
673 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
674 }
675
676 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
677   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
678   \func{open}.}
679 \end{funcproto}
680
681 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
682 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
683   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
684 vecchi programmi.
685
686 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
687 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
688 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
689 disponibile; il suo prototipo è:
690
691 \begin{funcproto}{
692 \fhead{unistd.h}
693 \fdecl{int close(int fd)}
694 \fdesc{Chiude un file.} 
695 }
696
697 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
698   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
699   \begin{errlist}
700     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
701     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
702   \end{errlist}
703   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
704 \end{funcproto}
705
706 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
707 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
708 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
709 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
710 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
711 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
712 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
713 su disco quest'ultimo viene cancellato.
714
715 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
716 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
717 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
718 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
719 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
720 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
721 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
722 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
723 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
724 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
725   comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
726
727 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
728 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
729 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
730 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
731 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
732 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
733 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
734 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
735 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
736
737
738 \subsection{La gestione della posizione nel file}
739 \label{sec:file_lseek}
740
741 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
742 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
743 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
744 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
745 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
746 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
747
748 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
749 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
750 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
751 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
752
753 \begin{funcproto}{
754 \fhead{sys/types.h}
755 \fhead{unistd.h}
756 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
757 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
758 }
759
760 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
761   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
762   \begin{errlist}
763     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
764     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
765       tipo \type{off\_t}.
766     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
767   \end{errlist}
768   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
769 \end{funcproto}
770
771 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
772 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
773 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
774 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
775   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
776   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
777   \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
778 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
779 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
780 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
781 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
782 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
783
784 \begin{table}[htb]
785   \centering
786   \footnotesize
787   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
788     \hline
789     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
790     \hline
791     \hline
792     \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
793                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
794                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
795     \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
796                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
797                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
798                         corrente.\\
799     \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
800                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
801                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
802                         corrente.\\
803     \hline
804     \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
805                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
806                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
807                         (dal kernel 3.1).\\
808     \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
809                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
810                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
811                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
812                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
813                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
814     \hline
815   \end{tabular}  
816   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
817   \label{tab:lseek_whence_values}
818 \end{table}
819
820
821 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
822 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
823
824 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
825 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
826 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
827 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
828 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
829   condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
830
831 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
832 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
833 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
834 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
835 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
836   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
837 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
838 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
839 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
840
841 \itindbeg{sparse~file} 
842
843 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
844 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
845 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
846 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
847 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
848 file.  Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
849 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
850 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
851 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
852 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
853
854 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
855 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
856   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
857 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
858 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
859 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
860 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
861 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
862 quella parte del file.
863
864 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
865 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
866 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
867 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
868 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
869 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
870 effettivamente allocati per il file.
871
872 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
873 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
874 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
875 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
876 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
877 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
878 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
879 sez.~\ref{sec:file_stat}.
880
881 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
882 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
883 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
884 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
885 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
886 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
887 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
888 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
889 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
890 inutilizzato.
891
892 \itindend{sparse~file}
893
894 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
895 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
896 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
897 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
898 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
899 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
900   file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
901 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
902 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
903 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
904 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
905 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
906 di \param{offset}.
907
908 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
909 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
910 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
911 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
912 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
913 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
914 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
915 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
916 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
917
918
919
920 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
921 \label{sec:file_read}
922
923 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
924 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
925 il cui prototipo è:
926
927 \begin{funcproto}{
928 \fhead{unistd.h}
929 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
930 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
931 }
932
933 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
934   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
935   \begin{errlist}
936   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
937     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
938   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
939   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
940     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
941     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
942     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
943     allineato.
944   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
945     essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
946   \end{errlist}
947   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
948   significato generico.}
949 \end{funcproto}
950
951 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
952 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
953 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
954 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
955 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
956 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
957 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
958 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
959
960 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
961 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
962 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
963 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
964 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
965 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
966 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
967 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
968 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
969
970 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
971 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
972 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
973 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
974 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
975 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
976 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
977 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
978
979 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
980 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
981 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
982 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
983 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
984 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
985 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
986
987 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
988 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
989 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
990 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
991 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
992 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
993 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
994 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
995 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
996   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
997   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
998   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
999   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1000 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1001 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1002
1003 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1004 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1005 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1006   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1007   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1008   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1009   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1010 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1011 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1012 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1013
1014 \begin{funcproto}{
1015 \fhead{unistd.h}
1016 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1017 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1018 }
1019
1020 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1021   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1022   \func{read} e \func{lseek}.}
1023 \end{funcproto}
1024
1025 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1026 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1027 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1028 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1029 modificare la posizione corrente.
1030
1031 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1032 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1033 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1034 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1035 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).  Il valore di
1036 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1037
1038 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1039 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1040 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1041 \begin{Example}
1042 #define _XOPEN_SOURCE 500
1043 \end{Example}
1044 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1045 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1046
1047
1048
1049 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1050 \label{sec:file_write}
1051
1052 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1053 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1054 prototipo è:
1055
1056 \begin{funcproto}{
1057 \fhead{unistd.h}
1058 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1059 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1060 }
1061
1062 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1063   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1064   \begin{errlist}
1065   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1066     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1067   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1068     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1069     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1070   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1071     potuto scrivere qualsiasi dato.
1072   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1073     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1074   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1075     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1076     \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1077     funzione ritorna questo errore.
1078   \end{errlist}
1079   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1080   \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1081 \end{funcproto}
1082
1083
1084 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1085 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1086 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1087 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1088 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1089 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1090 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1091 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1092
1093 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1094 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1095 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1096 stesso comportamento di \func{read}.
1097
1098 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1099 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1100 nel file, il suo prototipo è:
1101
1102 \begin{funcproto}{
1103 \fhead{unistd.h}
1104 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1105 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1106 }
1107
1108 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1109   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1110   \func{write} e \func{lseek}.}
1111 \end{funcproto}
1112
1113 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1114
1115
1116 \section{Caratteristiche avanzate}
1117 \label{sec:file_adv_func}
1118
1119 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1120 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1121 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1122 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1123 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1124
1125
1126 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1127 \label{sec:file_shared_access}
1128
1129 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1130 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1131 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1132 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1133 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1134 diversi.
1135
1136 \begin{figure}[!htb]
1137   \centering
1138   \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1139   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1140     diversi}
1141   \label{fig:file_mult_acc}
1142 \end{figure}
1143
1144 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1145 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1146 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1147 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1148 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1149 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1150 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1151
1152 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1153 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1154 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1155   table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1156 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1157 che:
1158 \begin{itemize}
1159 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1160   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1161   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1162   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1163   della struttura \kstruct{inode}.
1164 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1165   le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1166   prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1167   \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1168 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1169   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1170   \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1171   si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1172   dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1173 \end{itemize}
1174
1175 \begin{figure}[!htb]
1176   \centering
1177   \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1178   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1179   \label{fig:file_acc_child}
1180 \end{figure}
1181
1182 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1183 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1184 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1185 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1186 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1187 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1188 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1189 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1190
1191 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1192 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1193 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1194 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1195 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1196 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1197 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1198 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1199 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1200 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1201 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1202 figlio che occorre tenere presente.
1203
1204 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1205 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1206 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1207 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1208 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1209   table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1210 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1211 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1212 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1213 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1214 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1215
1216 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1217 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1218 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1219 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1220 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1221 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1222 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1223 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1224
1225 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1226 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1227 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1228 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1229 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1230 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1231 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1232 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1233 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1234
1235 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1236 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1237 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1238 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1239 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1240 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1241 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1242 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1243 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1244 del secondo processo.
1245
1246 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1247 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1248 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1249 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1250 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1251 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1252 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1253 effettuare la scrittura, e poi estende il file.  Tutto questo avviene
1254 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1255 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1256
1257
1258 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1259 \label{sec:file_dup}
1260
1261 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1262 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1263 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1264 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1265 il cui prototipo è:
1266
1267 \begin{funcproto}{
1268 \fhead{unistd.h}
1269 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1270 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1271 }
1272
1273 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1274   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1275   \begin{errlist}
1276   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1277   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1278     descriptor aperti.
1279   \end{errlist}
1280 }  
1281 \end{funcproto}
1282
1283 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1284 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1285 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1286 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1287 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1288 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1289 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1290 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1291 da cui il nome della funzione.
1292
1293 \begin{figure}[!htb]
1294   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1295   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1296   \label{fig:file_dup}
1297 \end{figure}
1298
1299 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1300 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1301 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1302 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1303 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1304 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1305 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento. 
1306
1307 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1308 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1309 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1310 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1311 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1312 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1313 restituito come copia.
1314
1315 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1316 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1317 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1318 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1319 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1320 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe). 
1321
1322 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1323 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1324 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1325 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1326 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1327 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1328 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1329 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1330 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1331 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1332 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1333
1334 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1335 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1336 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1337 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1338 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1339 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1340 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1341
1342 \begin{funcproto}{
1343 \fhead{unistd.h}
1344 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1345 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1346 }
1347
1348 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1349   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1350   \begin{errlist}
1351   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1352     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1353   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1354     \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1355   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1356   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1357     descriptor aperti.
1358   \end{errlist}
1359 }  
1360 \end{funcproto}
1361
1362 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1363 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1364 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1365 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1366 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1367 e si limita a restituire \param{newfd}.
1368
1369 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1370 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1371 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1372 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1373   condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1374 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1375 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1376 descriptor diverso da quello voluto.
1377
1378 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1379 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1380 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1381 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1382 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1383   condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1384   indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1385   descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1386   standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1387   \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1388     condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1389 ritentare l'operazione.
1390
1391 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1392 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1393 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1394 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1395 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1396 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1397 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1398 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1399 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1400 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1401 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1402
1403 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1404 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1405   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1406 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1407 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1408
1409 \begin{funcproto}{
1410 \fhead{unistd.h}
1411 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1412 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1413 }
1414
1415 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1416   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1417   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1418   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1419 }  
1420 \end{funcproto}
1421
1422 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1423 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1424 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1425 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1426 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1427 \errval{EINVAL}.
1428
1429
1430 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1431 \label{sec:file_sync}
1432
1433 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1434 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1435 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1436 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1437 \func{write}.
1438
1439 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1440 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1441 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1442 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1443   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1444   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1445
1446 \begin{funcproto}{
1447 \fhead{unistd.h}
1448 \fdecl{void sync(void)}
1449 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1450 }
1451
1452 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1453 \end{funcproto}
1454
1455 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1456 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1457 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1458 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1459 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1460 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1461 scrittura effettiva.
1462
1463 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1464 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1465 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1466 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1467 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1468 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1469 comportamento può essere controllato attraverso il file
1470 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1471   scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1472   del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1473   argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1474 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1475 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1476 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1477
1478 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1479 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1480 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1481 prototipi sono:
1482
1483 \begin{funcproto}{
1484 \fhead{unistd.h}
1485 \fdecl{int fsync(int fd)}
1486 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1487 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1488 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1489 }
1490
1491 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1492   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1493   \begin{errlist}
1494   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1495     che non supporta la sincronizzazione.
1496   \end{errlist}
1497   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1498   significato generico.}
1499 \end{funcproto}
1500
1501 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1502 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1503 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1504 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1505 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1506 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1507 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1508 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1509 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1510 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima
1511 modifica ed ultimo accesso.
1512
1513 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1514 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1515 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1516 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1517 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1518   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1519   automatica delle voci delle directory.}
1520
1521 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1522 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1523 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1524 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1525 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1526 prestazioni. 
1527
1528 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1529 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1530   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1531   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1532 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1533 prototipo è:
1534
1535 \begin{funcproto}{
1536 \fhead{unistd.h}
1537 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1538 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1539   disco.}
1540 }
1541
1542 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1543   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1544   \begin{errlist}
1545     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1546   \end{errlist}
1547 }  
1548 \end{funcproto}
1549
1550 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1551 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1552 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1553
1554
1555 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1556 \label{sec:file_openat}
1557
1558 \itindbeg{at-functions}
1559
1560 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1561 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1562 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1563 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1564 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1565 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1566 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1567 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1568 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1569 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1570
1571 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1572 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1573 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1574 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1575 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1576 directory di lavoro.
1577
1578 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1579 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1580 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1581 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1582 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1583 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1584 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1585   proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1586   corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1587   dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1588   pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1589   filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1590   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1591 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1592 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino ad
1593 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1594 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1595 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1596
1597 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1598 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1599 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1600 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1601 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1602 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1603 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1604
1605 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1606 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1607 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1608 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1609 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1610 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1611 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1612 contiene.
1613
1614 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1615 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1616 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1617 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1618 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1619
1620 \begin{funcproto}{
1621 \fhead{fcntl.h}
1622 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1623 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1624 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1625   lavoro.} 
1626 }
1627
1628 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1629   \func{open}, ed in più:
1630   \begin{errlist}
1631   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1632   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1633     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1634    \end{errlist}
1635 }  
1636 \end{funcproto}
1637
1638 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1639 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1640 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1641 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1642 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1643 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1644 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1645 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1646 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1647 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1648 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1649 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1650
1651 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1652 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1653 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1654 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1655 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1656 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1657 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1658 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1659
1660 \begin{table}[htb]
1661   \centering
1662   \footnotesize
1663   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1664     \hline
1665     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1666     \hline
1667     \hline
1668      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1669      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1670      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1671      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1672      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1673      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1674      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1675      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1676      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1677      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1678      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1679      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1680      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1681      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1682     \hline
1683   \end{tabular}
1684   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1685     corrispettive funzioni classiche.}
1686   \label{tab:file_atfunc_corr}
1687 \end{table}
1688
1689 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1690   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1691
1692 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1693 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1694 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1695 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1696 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1697 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1698 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1699 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1700 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1701
1702
1703 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/562488/ 
1706 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1707
1708 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1709 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1710 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1711 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1712 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1713 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1714 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1715 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1716 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1717
1718 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1719 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1720 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1721
1722 \begin{funcproto}{
1723 \fhead{unistd.h}
1724 \fhead{fcntl.h} 
1725 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1726     group, int flags)}
1727 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1728 }
1729
1730 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1731   \func{chown}, ed in più:
1732   \begin{errlist}
1733   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1734   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1735   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1736     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1737   \end{errlist}
1738 }  
1739 \end{funcproto}
1740
1741 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1742 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1743 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1744 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1745 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1746 come \func{chown}.
1747
1748 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1749 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1750 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1751 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1752
1753 \begin{funcproto}{
1754 \fhead{unistd.h}
1755 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1756 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1757 }
1758
1759 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1760   \func{access}, ed in più:
1761   \begin{errlist}
1762   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1763   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1764   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1765     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1766   \end{errlist}
1767 }  
1768 \end{funcproto}
1769
1770 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1771 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1772 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1773 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1774 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1775 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1776 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1777 \func{access}).
1778
1779
1780 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1781 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1782 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1783 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1784
1785 \begin{funcproto}{
1786 \fhead{fcntl.h}
1787 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1788 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1789 }
1790
1791 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1792   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1793   più:
1794   \begin{errlist}
1795   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1796   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1797   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1798     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1799   \end{errlist}
1800 }  
1801 \end{funcproto}
1802
1803 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1804 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1805 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1806 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1807 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1808 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1809 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1810 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1811 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1812
1813 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1814 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1815 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1816 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1817 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1818 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1819 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1820 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1821 simbolici.
1822
1823 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1824 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1825 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1826 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1827 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1828 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1829
1830 \begin{table}[htb]
1831   \centering
1832   \footnotesize
1833   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1834     \hline
1835     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1836     \hline
1837     \hline
1838     \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1839                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1840     \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1841                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1842                                  (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1843     \const{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1844                                  il controllo dei permessi sia fatto usando
1845                                  l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1846                                  reale.\\
1847     \const{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1848                                  la funzione si comporti come \func{rmdir}
1849                                  invece che come \func{unlink}.\\
1850     \hline
1851   \end{tabular}  
1852   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1853     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
1854   \label{tab:at-functions_constant_values}
1855 \end{table}
1856
1857
1858 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1859 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1860 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1861 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1862 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1863 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1864 precisione fino al nanosecondo.
1865
1866 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1867
1868 \itindend{at-functions}
1869
1870 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1871 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
1872 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1873
1874
1875 \subsection{Le operazioni di controllo}
1876 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1877
1878 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1879 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1880 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1881 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1882 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1883
1884 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1885 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1886 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1887   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1888   il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1889   sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1890
1891 \begin{funcproto}{
1892 \fhead{unistd.h}
1893 \fhead{fcntl.h}
1894 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1895 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1896 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1897 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1898 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
1899 }
1900
1901 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1902   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1903   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1904   l'unico valido in generale è:
1905   \begin{errlist}
1906   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1907   \end{errlist}
1908 }  
1909 \end{funcproto}
1910
1911 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1912 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1913 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1914 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1915 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1916 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1917 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1918 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1919
1920 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1921 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1922 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1923 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1924 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1925 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1926 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1927   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1928   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1929   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1930   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1931   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1932   descrittori consentito.
1933
1934 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1935   in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1936   file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1937   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1938   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1939   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1940   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1941
1942 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1943     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1944   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1945   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1946   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1947   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1948   esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1949   nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1950
1951 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1952   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1953   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1954   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1955   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1956   \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1957   vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1958     3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1959     file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1960
1961 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1962   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1963   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1964   comando permette di rileggere il valore di quei bit
1965   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1966   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1967   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1968   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1969   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1970   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1971     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1972   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
1973
1974 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1975   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1976   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1977   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1978   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1979   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1980   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1981   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1982   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1983   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1984   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1985
1986 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1987   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1988   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1989   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1990   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1991   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1992
1993 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1994   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
1995   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
1996   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
1997   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1998
1999 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2000   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2001   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2002   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2003   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2004
2005 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2006   processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2007   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2008   \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2009   \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2010   descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2011   urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2012   in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2013   errori diversi da \errval{EBADF}.
2014
2015   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2016   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2017   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2018   \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2019   problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2020   compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2021   viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2022     dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2023     (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2024     \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2025     di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2026   mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2027   \var{errno}, cambiato di segno.
2028
2029   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2030   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2031   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2032   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2033   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2034     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2035     l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2036     non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2037     \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2038     generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2039   comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2040   della \acr{glibc} e del kernel.
2041
2042 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2043   l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2044     group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2045   eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2046   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2047   possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2048   \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2049
2050   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2051   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2052   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2053   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2054   per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2055   per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2056   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2057
2058   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2059   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2060   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2061   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2062   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2063   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2064   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2065   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2066   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2067   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2068   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2069   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2070   interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2071   \itindex{process~group} \textit{process group}.
2072
2073 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2074   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2075   \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2076   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2077   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2078   descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2079   in caso di errore. Oltre a  \errval{EBADF} e da
2080   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.  
2081
2082   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2083   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2084   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2085   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2086   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2087   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2088   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2089   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2090
2091 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2092   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2093   del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2094   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2095   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2096   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2097   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2098   un tipo di identificatore valido.
2099
2100   \begin{figure}[!htb]
2101     \footnotesize \centering
2102     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2103       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2104     \end{varwidth}
2105     \normalsize 
2106     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2107     \label{fig:f_owner_ex}
2108   \end{figure}
2109
2110   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2111   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2112   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2113   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2114   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2115   \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2116   \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2117   che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2118   \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2119   \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2120   \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2121   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2122   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2123   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2124
2125 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2126   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2127   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2128   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2129   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2130   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2131   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2132   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2133   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2134
2135 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2136   asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2137   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2138   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2139   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2140   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2141   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2142   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2143   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2144   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2145
2146   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2147   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2148   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2149   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2150   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2151   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2152   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2153   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2154   accumulati in una coda prima della notifica.
2155
2156 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2157   \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2158   descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2159   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è
2160   specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2161   \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2162   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2163
2164 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2165   di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2166   descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2167   valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2168   \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2169   valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2170   tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2171   sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2172   il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2173   amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2174     \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2175
2176   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2177   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2178   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2179   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2180   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2181   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2182   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2183
2184 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2185   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2186   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2187   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2188   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2189   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2190   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2191   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2192   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2193
2194 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2195   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2196   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2197   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2198   restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2199   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2200   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2201
2202 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2203   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2204   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2205   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2206   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2207   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2208   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2209   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2210   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2211   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2212   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2213   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2214   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2215       precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2216       \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2217   superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}.  Il comando è
2218   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2219   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2220
2221 \end{basedescript}
2222
2223 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2224 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2225 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2226 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2227 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2228 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2229 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2230 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2231 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2232
2233 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2234 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2235 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2236 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2237 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2238 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2239 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2240 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2241
2242
2243 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2244 % \label{sec:file_ioctl}
2245
2246 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2247 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2248 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2249 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2250 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2251 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2252 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2253 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2254
2255 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2256 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2257 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2258
2259 \begin{funcproto}{
2260 \fhead{sys/ioctl.h}
2261 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2262 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2263 }
2264
2265 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2266   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2267   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2268   valori:
2269   \begin{errlist}
2270   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2271     validi.
2272   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2273     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2274     riferimento \param{fd}.
2275   \end{errlist}
2276   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2277 \end{funcproto}
2278
2279
2280 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2281 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2282 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2283 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2284 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2285 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2286 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2287 omesso, e per altre è un semplice intero.
2288
2289 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2290 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2291 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2292 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2293 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2294
2295 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2296 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2297 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2298 \begin{itemize*}
2299 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2300 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2301 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2302 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2303 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2304 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2305   speaker.
2306 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2307   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2308     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2309     successivi (come ext3).}
2310 \end{itemize*}
2311
2312 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2313 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2314 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2315 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2316 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2317   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2318   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2319   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2320   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2321   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2322 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2323 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2324 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2325 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2326 imprevedibili o indesiderati.
2327
2328 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2329 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2330 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2331 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2332 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2333 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2334 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2335
2336 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2337 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2338 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2339 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2340 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2341 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2342 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2343   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2344   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2345   eventuale valore viene ignorato.
2346 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2347   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2348   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2349   eventuale valore viene ignorato.
2350 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2351   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2352   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2353   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2354   nullo abilita).
2355 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2356   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2357   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2358   disabilita, un valore non nullo abilita).
2359 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2360   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2361   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2362   valore specifica il PID del processo.
2363 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2364   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2365   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2366   scritto il PID del processo.
2367 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2368   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2369   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2370   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2371   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2372   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2373 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2374   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2375   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2376   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2377 \end{basedescript}
2378
2379 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2380 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2381
2382 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2383 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2384 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2385 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2386 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2387 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2388 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2389 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2390 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2391 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2392 due funzioni sono rimaste.
2393
2394 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2395 % (bassa/bassissima priorità)
2396 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2397
2398
2399 % \chapter{}
2400
2401 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2402 \label{sec:files_std_interface}
2403
2404
2405 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2406 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2407 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2408
2409 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2410 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2411 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2412 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2413 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2414 delle \acr{glibc} per la gestione dei file.
2415
2416 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2417 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2418 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2419 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2420
2421
2422 \subsection{I \textit{file stream}}
2423 \label{sec:file_stream}
2424
2425 \itindbeg{file~stream}
2426
2427 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2428 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2429 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2430
2431 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2432 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2433 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2434 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2435 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2436 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2437 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2438
2439 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2440 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2441 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2442 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2443 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2444 all'ottenimento della massima efficienza.
2445
2446 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2447 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2448 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2449 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2450 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2451 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2452
2453 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2454 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2455 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2456 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2457 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2458 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2459 accesso.
2460
2461 \itindend{file~stream}
2462
2463 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2464 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2465 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2466 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2467 indicatori di stato e di fine del file.
2468
2469 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2470 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2471 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2472 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2473 sinonimo di \textit{stream}.  Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2474 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2475 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2476
2477 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2478 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2479 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2480 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2481 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2482
2483 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2484 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2485   cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2486   in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2487   prende i caratteri dalla tastiera.
2488 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2489     output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2490   ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2491   all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2492 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} \textit{standard error}
2493   cioè il \textit{file stream} su cui il processo è supposto inviare i
2494   messaggi di errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output
2495   del terminale e scrive sullo schermo.
2496 \end{basedescript}
2497
2498 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2499 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2500 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2501 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2502 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2503 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2504 usare la funzione \func{freopen}.
2505
2506
2507 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2508 \label{sec:file_buffering}
2509
2510 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2511 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2512 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2513 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2514 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2515 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2516 file.
2517
2518 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2519 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2520 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2521 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2522 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2523 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2524 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2525 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2526 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2527 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2528 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2529
2530 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2531 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2532 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2533 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2534 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2535 input/output sul terminale.
2536
2537 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2538 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2539 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2540 \begin{itemize}
2541 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2542   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2543   (effettuando immediatamente una \func{write});
2544 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2545   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2546   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2547   quando si preme invio);
2548 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2549   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2550 \end{itemize}
2551
2552 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2553 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2554 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2555 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2556 modalità \textit{fully buffered}.
2557
2558 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2559 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2560 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2561 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2562 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2563 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2564 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2565
2566 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2567   input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2568 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2569 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2570 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2571
2572 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2573 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2574 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2575 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2576 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2577 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2578 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2579
2580 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2581 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2582 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2583 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2584 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2585 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2586 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2587 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2588
2589
2590
2591 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2592 \label{sec:file_fopen}
2593
2594 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2595 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2596   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2597   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2598
2599 \begin{funcproto}{
2600 \fhead{stdio.h}
2601 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2602 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2603 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2604 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2605 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2606 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2607 }
2608
2609 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2610   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2611   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2612   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2613   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2614   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2615   \func{freopen}.}
2616 \end{funcproto}
2617
2618 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2619 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2620 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2621 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2622 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2623
2624 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2625 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2626 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2627 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2628 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2629
2630 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2631 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2632 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2633 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2634 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2635
2636 \begin{table}[htb]
2637   \centering
2638   \footnotesize
2639   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2640     \hline
2641     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2642     \hline
2643     \hline
2644     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2645                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2646                  file.\\ 
2647     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2648                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2649                  file.\\ 
2650 %    \hline
2651     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2652                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2653                  scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2654                  file.\\ 
2655     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2656                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2657                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2658                  file.\\ 
2659 %    \hline
2660     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2661                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2662                  posto in sola scrittura.\\
2663     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2664                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2665                  posto in lettura e scrittura.\\
2666     \hline
2667     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2668     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2669     \hline
2670   \end{tabular}
2671   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2672     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2673   \label{tab:file_fopen_mode}
2674 \end{table}
2675
2676 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2677 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2678 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2679 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2680 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2681 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2682 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2683 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2684
2685 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2686 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2687 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2688 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2689 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2690 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2691
2692 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2693 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2694 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2695 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2696 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2697
2698 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2699 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2700 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2701 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2702 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2703 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2704 chiusura dello \textit{stream}.
2705
2706 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2707 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2708 impostati al valore
2709 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2710 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2711 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2712 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2713 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2714 alcuna operazione di I/O sul file.
2715
2716 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2717 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2718 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2719 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2720 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2721 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2722
2723 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2724 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2725 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2726 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2727 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2728 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2729 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2730
2731 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2732 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2733
2734 \begin{funcproto}{
2735 \fhead{stdio.h}
2736 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2737 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2738 }
2739
2740 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2741   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2742   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2743   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2744   \func{write} o \func{fflush}).
2745 }
2746 \end{funcproto}
2747
2748 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2749 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2750 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2751 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2752 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2753 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2754 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2755
2756 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2757 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2758 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2759
2760 \begin{funcproto}{
2761 \fhead{stdio.h}
2762 \fdecl{int fcloseall(void)}
2763 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
2764 }
2765
2766 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2767   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
2768 \end{funcproto}
2769
2770 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2771 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2772 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2773 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2774 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2775 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2776
2777
2778 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2779 \label{sec:file_io}
2780
2781 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2782 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2783 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2784 input/output non formattato:
2785 \begin{itemize}
2786 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2787    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2788    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2789 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2790    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2791    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2792 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2793    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2794    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2795 \end{itemize}
2796 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2797 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2798
2799 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2800 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2801 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2802
2803 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2804 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2805 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2806 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2807 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2808 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2809 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le \acr{glibc} usano il
2810 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2811
2812 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2813 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2814 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2815 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2816
2817 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2818 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2819 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2820 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2821 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2822 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2823
2824 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2825 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2826 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2827 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2828 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2829 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2830
2831 \begin{funcproto}{
2832 \fhead{stdio.h}
2833 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2834 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
2835 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2836 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
2837 }
2838
2839 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2840   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2841 \end{funcproto}
2842
2843 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2844 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2845 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2846 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2847
2848 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2849 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2850
2851 \begin{funcproto}{
2852 \fhead{stdio.h}
2853 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2854 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2855   \textit{stream}.}
2856 }
2857
2858 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
2859 \end{funcproto}
2860
2861 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2862 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2863 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2864 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2865 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2866 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2867 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2868
2869 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2870 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2871 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2872 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2873 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2874 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2875 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2876 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2877 file di dati.
2878
2879 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2880 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2881 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2882 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2883 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2884 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2885 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2886 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2887 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2888 l'offset rispetto al record corrente.
2889
2890 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2891 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2892 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2893 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2894 rispettivi prototipi sono:
2895
2896 \begin{funcproto}{
2897 \fhead{stdio.h}
2898 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2899 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
2900 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2901 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
2902 }
2903
2904 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2905   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2906   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2907 \end{funcproto}
2908
2909 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2910 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2911 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2912 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2913 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
2914 successo e -1 in caso di errore.
2915
2916 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2917 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2918 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2919 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2920
2921 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2922 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2923
2924 \begin{funcproto}{
2925 \fhead{stdio.h}
2926 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
2927 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
2928 }
2929
2930 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2931   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
2932 \end{funcproto}
2933
2934 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2935 \textit{stream}.
2936
2937 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2938 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2939 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2940 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2941 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2942 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2943
2944 \begin{funcproto}{
2945 \fhead{stdio.h}
2946 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2947 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
2948 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2949 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
2950 }
2951
2952 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2953   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2954 \end{funcproto}
2955
2956 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2957 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2958 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2959 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2960 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2961 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2962 sistemi più moderni.
2963
2964 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2965
2966
2967
2968 \subsection{Input/output binario}
2969 \label{sec:file_binary_io}
2970
2971 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2972 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2973 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2974 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2975 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2976 i rispettivi prototipi sono:
2977
2978 \begin{funcproto}{
2979 \fhead{stdio.h} 
2980 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2981 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
2982 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
2983   FILE *stream)}
2984 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
2985 }
2986
2987 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2988   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2989   richiesto.}
2990 \end{funcproto}
2991
2992 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2993 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
2994 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2995 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2996 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
2997 chiamata del tipo:
2998 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
2999 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3000 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3001 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3002 si avrà allora una chiamata tipo:
3003 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3004 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3005 elemento. 
3006
3007 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3008 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3009 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3010 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3011
3012 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3013 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3014 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3015 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3016 corrispondente alla quantità di dati letti).
3017
3018 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3019 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3020 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3021 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3022 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3023 problema.
3024
3025 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3026 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3027 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3028 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3029 stesso programma che li ha prodotti.
3030
3031 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3032 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3033 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3034 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3035 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3036 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3037 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3038 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3039
3040 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3041 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3042 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3043 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3044 eventuali differenze.
3045
3046 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3047 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3048 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3049 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3050 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3051
3052 \begin{funcproto}{
3053 \fhead{stdio.h}
3054 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3055     nmemb, FILE *stream)}
3056 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3057     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3058 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3059   implicito sullo stesso.} 
3060 }
3061
3062 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3063   \func{fwrite}.}
3064 \end{funcproto}
3065
3066 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3067
3068
3069 \subsection{Input/output a caratteri}
3070 \label{sec:file_char_io}
3071
3072 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3073 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3074 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3075 rispettivi prototipi sono:
3076
3077 \begin{funcproto}{
3078 \fhead{stdio.h}
3079 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3080 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3081 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3082 \fdecl{int getchar(void)}
3083 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.} 
3084 }
3085
3086 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3087   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3088 \end{funcproto}
3089
3090 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3091 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3092 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3093 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3094 \code{getc(stdin)}.
3095
3096 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3097 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3098 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3099 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3100 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3101 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3102 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3103 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3104
3105 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3106 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3107 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3108 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3109 precedenza nel tipo di argomento).
3110
3111 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3112 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3113 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3114 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3115
3116 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3117 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3118 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3119 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3120 è:
3121
3122 \begin{funcproto}{
3123 \fhead{stdio.h} 
3124 \fhead{wchar.h}
3125 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3126 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3127 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3128 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3129 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3130     input}.} 
3131 }
3132
3133 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3134   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3135 \end{funcproto}
3136
3137 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3138 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3139 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3140 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3141
3142 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3143 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3144 loro prototipi sono:
3145
3146 \begin{funcproto}{
3147 \fhead{stdio.h} 
3148 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3149 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3150 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3151 \fdecl{int putchar(int c)}
3152 \fdesc{Scrive un byte sullo  \itindex{standard~output} \textit{standard
3153     output}.}
3154 }
3155
3156 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3157   \val{EOF} per un errore.}  
3158 \end{funcproto}
3159
3160 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3161 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3162 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3163 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3164 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3165 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3166 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3167 ritorno è \val{EOF}.
3168
3169 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3170 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3171 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3172 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3173 il lock implicito dello \textit{stream}.
3174
3175 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3176 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3177 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3178
3179 \begin{funcproto}{
3180 \fhead{stdio.h} 
3181 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3182 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3183 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3184 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3185 }
3186
3187 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3188   \val{EOF} per un errore.}
3189 \end{funcproto}
3190
3191 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3192 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3193 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3194 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3195
3196 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3197 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3198 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3199 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3200 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3201 viene dopo.
3202
3203 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3204 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3205 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3206 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3207
3208 \begin{funcproto}{
3209 \fhead{stdio.h}
3210 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3211 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3212 }
3213
3214 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3215   errore.}  
3216 \end{funcproto}
3217  
3218 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3219 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3220 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3221 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3222 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3223 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3224
3225 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3226 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3227 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3228 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3229 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3230 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3231
3232 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3233 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3234 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3235
3236 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3237 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3238 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3239 rimandati indietro vengono scartati.
3240
3241
3242 \subsection{Input/output di linea}
3243 \label{sec:file_line_io}
3244
3245 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3246 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3247 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3248 caratteristiche più controverse.
3249
3250 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3251 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3252 prototipi sono:
3253
3254 \begin{funcproto}{
3255 \fhead{stdio.h}
3256 \fdecl{char *gets(char *string)}
3257 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3258   \textit{standard input}.}
3259 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3260 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3261 }
3262
3263 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3264   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3265 \end{funcproto}
3266  
3267 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3268 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3269 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3270 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3271 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3272 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3273 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3274 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3275 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3276 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3277
3278 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3279 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3280 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3281 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3282 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3283 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3284 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3285   molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3286
3287 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3288 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3289 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3290 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3291 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3292 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3293 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3294 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3295
3296 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3297 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3298 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3299 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3300 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3301 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3302 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3303 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3304 successiva.
3305
3306 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3307 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3308 rispettivi prototipi sono:
3309
3310 \begin{funcproto}{
3311 \fhead{stdio.h}
3312 \fdecl{int puts(char *string)}
3313 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo  \itindex{standard~output}
3314   \textit{standard output}.}
3315 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3316 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.} 
3317 }
3318
3319 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3320   per un errore.}
3321 \end{funcproto}
3322
3323 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3324 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3325   output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3326 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3327 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3328 messaggi sullo \itindex{standard~output} \textit{standard output}; la funzione
3329 prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il
3330 ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di
3331 specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge
3332 il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3333
3334 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3335 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3336 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3337 loro prototipi sono:
3338
3339 \begin{funcproto}{
3340 \fhead{wchar.h}
3341 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3342 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3343 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3344 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3345 }
3346
3347 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3348   negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3349   fine del file.}
3350 \end{funcproto}
3351
3352
3353 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3354 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3355 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3356 da \param{stream}.  Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3357 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3358 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3359 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3360
3361 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3362 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3363 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3364 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3365 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3366 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3367 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3368
3369 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3370 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3371 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3372 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3373 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3374 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3375 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3376 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3377 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3378 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3379
3380 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3381 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3382 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3383 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3384 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3385 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3386 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3387
3388 \begin{funcproto}{
3389 \fhead{stdio.h}
3390 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3391 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.} 
3392 }
3393
3394 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3395   per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3396 \end{funcproto}
3397
3398 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3399 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3400 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3401 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3402 stringa da leggere. 
3403
3404 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3405 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3406 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3407 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3408 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3409 dimensioni del buffer suddetto.
3410
3411 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3412 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3413 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3414 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3415 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3416 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3417 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3418
3419 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3420 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3421 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3422 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3423 essere il seguente: 
3424 \includecodesnip{listati/getline.c} 
3425 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3426 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3427 \var{ptr}.
3428
3429 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3430 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3431 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3432 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3433 il \textit{newline} per terminare la stringa.  Se si è alla fine del file e
3434 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3435 $-1$.
3436
3437 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3438 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3439 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3440 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3441
3442 \begin{funcproto}{
3443 \fhead{stdio.h}
3444 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} 
3445 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3446   scelto.} 
3447 }
3448
3449 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3450   \func{getline}.}
3451 \end{funcproto}
3452
3453 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3454 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3455 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3456 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3457 dell'argomento \param{delim}.
3458
3459
3460 \subsection{Input/output formattato}
3461 \label{sec:file_formatted_io}
3462
3463 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3464 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3465 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3466 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3467
3468 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3469 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3470 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3471
3472 \begin{funcproto}{
3473 \fhead{stdio.h} 
3474 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3475 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3476   \textit{standard output}.}
3477 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3478 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.} 
3479 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)} 
3480 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3481 }
3482
3483 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3484   valore negativo per un errore.}  
3485 \end{funcproto}
3486
3487
3488 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3489 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3490 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3491
3492 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3493 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3494 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3495 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3496 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3497 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3498 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3499 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3500
3501 \begin{funcproto}{
3502 \fhead{stdio.h}
3503 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)} 
3504 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3505 }
3506
3507 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3508   \func{sprintf}.}
3509 \end{funcproto}
3510
3511 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3512 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3513 non possa essere sovrascritto.
3514
3515 \begin{table}[!htb]
3516   \centering
3517   \footnotesize
3518   \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3519     \hline
3520     \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3521     \hline
3522     \hline
3523    \cmd{\%d} &\ctyp{int}         & Stampa un numero intero in formato decimale
3524                                    con segno.\\
3525    \cmd{\%i} &\ctyp{int}         & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3526    \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3527    \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3528                                    decimale senza segno.\\
3529    \cmd{\%x}, 
3530    \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3531                                    rispettivamente con lettere minuscole e
3532                                    maiuscole.\\
3533    \cmd{\%f} &\ctyp{double}      & Stampa un numero in virgola mobile con la
3534                                    notazione a virgola fissa.\\
3535    \cmd{\%e}, 
3536    \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3537                               notazione esponenziale, rispettivamente con
3538 &