baf2f0ae52c2c4da20d4467fe7061b663a84174a
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2018 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37   descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
50
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il 
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
60
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 \itindbeg{process~table}
68 \itindbeg{file~table}
69
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
76
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
86 ha aperto.
87
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
94 particolare:
95 \begin{itemize*}
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
98   \var{f\_pos}.
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100   l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101     ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102     all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104   usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105     descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
110   \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112   l'interfaccia dei file descriptor.}
113   \label{fig:file_proc_file}
114 \end{figure}
115
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
120 processo.
121
122 \itindend{process~table}
123
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
127 essenziali come:
128 \begin{itemize*}
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
133   \textit{file table}.
134 \end{itemize*}
135
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
143
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
148
149 \itindbeg{standard~input} 
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
152
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2.  Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160   error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
161
162 \itindend{file~descriptor} 
163
164
165 Benché questa sia alla fine soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
166 totalità delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità.  Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
172
173 \begin{table}[htb]
174   \centering
175   \footnotesize
176   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
177     \hline
178     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
179     \hline
180     \hline
181     \constd{STDIN\_FILENO}  & file descriptor dello \textit{standard input}.\\ 
182     \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183     \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
184     \hline
185   \end{tabular}
186   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187   \label{tab:file_std_files}
188 \end{table}
189
190 \itindend{standard~input} 
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
193
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file.  Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
203 stesso file.
204
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
211 \textit{inode}.
212
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
220
221 \itindend{file~table}
222
223
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
226
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231   nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232   \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
233
234 \begin{funcproto}{
235 \fhead{sys/types.h}
236 \fhead{sys/stat.h}
237 \fhead{fcntl.h}
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
240
241 \fdesc{Apre un file.} 
242 }
243
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
246   \begin{errlist}
247   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249   \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250     segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251   \item[\errcode{EINVAL}] si è usato \const{O\_CREAT} indicando un pathname
252     con caratteri non supportati dal filesystem sottostante o si è richiesto
253     \const{O\_TMPFILE} senza indicare \const{O\_WRONLY} o \const{O\_RDWR} o si
254     è usato \const{O\_DIRECT} per un filesystem che non lo supporta.
255   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e o si è
256     tentato un accesso che prevede la scrittura o si è usato
257     \const{O\_TMPFILE} con accesso che prevede la scrittura ma il kernel non
258     supporta la funzionalità.
259   \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto, in genere
260     dovuto al fatto che si è compilata una applicazione a 32 bit senza
261     abilitare il supporto per le dimensioni a 64 bit; questo è il valore
262     restituito fino al kernel 2.6.23, coi successivi viene restituito
263     \errcode{EOVERFLOW} come richiesto da POSIX.1.
264   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
265     risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
266     \param{pathname} è un collegamento simbolico (e non si è usato
267     \const{O\_PATH}).
268   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
269     dispositivo che non esiste.
270   \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
271     \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente, o si riferisce ad una
272     directory inesistente, si è usato \const{O\_TMPFILE} con accesso che
273     prevede la scrittura ma il kernel non supporta la funzionalità.
274   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
275     \param{pathname} non è una directory.
276   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
277     \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
278     nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
279     dispositivo è assente.
280   \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
281     amministratori né proprietari del file.
282   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
283     di un programma in esecuzione.
284   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
285     richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
286   \end{errlist}
287   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
288   \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
289   \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
290 \end{funcproto}
291
292 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
293 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
294 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
295 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
296 essergli assegnati.\footnote{questo è possibile solo se si è usato in
297   \param{flags} uno fra \const{O\_CREATE} e \const{O\_TMPFILE}, in tutti gli
298   altri casi sarà ignorato.} I valori possibili sono gli stessi già visti in
299 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
300 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
301 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
302 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
303
304 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
305 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
306 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
307 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
308 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
309   input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
310 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
311
312 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
313 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
314 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
315 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
316 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
317 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
318 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
319 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
320 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
321
322 \itindbeg{file~status~flags}
323
324 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
325 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
326 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
327 significato specifico.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
328 cosiddetti \textit{file status flags} (i \textsl{flag di stato} del file), che
329 vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che
330 abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
331
332 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
333 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
334 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
335 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
336 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
337 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
338
339 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
340 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
341 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
342 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
343 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
344 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
345
346 \begin{table}[htb]
347   \centering
348   \footnotesize
349     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
350       \hline
351       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
352       \hline
353       \hline
354       \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
355       \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
356       \constd{O\_RDWR}   & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
357       \hline
358     \end{tabular}
359     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360       nell'apertura di un file.}
361   \label{tab:open_access_mode_flag}
362 \end{table}
363
364 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
365 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
366 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
367 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
368 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
369   su Linux, dove i valori per le tre costanti di
370   tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
371   valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
372   standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
373   driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
374   e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
375   o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
376   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
377
378 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
379 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
380   flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
381 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
382 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
383 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
384 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
385 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
386   standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
387   di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
388     system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
389   comunque il caso di utilizzarle.}
390
391 \itindend{file~status~flags}
392
393 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
394   apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
395   \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
396   fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
397   più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
398   cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
399 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
400 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
401 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
402 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
403 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
404
405 \begin{table}[htb]
406   \centering
407   \footnotesize
408     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
409       \hline
410       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
411       \hline
412       \hline
413       \constd{O\_CREAT}  & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
414                            di titolarità del file viste in
415                            sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
416                            imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
417                            essere sempre specificato.\\  
418       \constd{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
419                              chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
420                              kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
421                              serve ad evitare dei possibili
422                              \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
423                              \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} 
424                              viene chiamata su una \textit{fifo} o su un
425                              dispositivo associato ad una unità a nastri. Non
426                              viene usato al di fuori dell'implementazione di
427                              \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
428                              definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
429       \constd{O\_EXCL}   & Deve essere usato in congiunzione con
430                            \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
431                            indicato da \param{pathname} non sia già esistente
432                            (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
433                            un errore di \errcode{EEXIST}).\\
434       \constd{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
435                              l'apertura di file molto grandi, la cui
436                              dimensione non è rappresentabile con la versione a
437                              32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
438                              l'interfaccia alternativa abilitata con la
439                              macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
440                              illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
441                              sempre preferibile usare la conversione automatica
442                              delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
443                              macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
444                              questo flag.\\
445       \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
446                            di terminale, questo non diventerà il terminale di
447                            controllo, anche se il processo non ne ha ancora
448                            uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ 
449       \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
450                             la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
451                             aggiunta in Linux a partire dal kernel
452                             2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
453                             la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
454       \const{O\_TMPFILE} & Consente di creare un file temporaneo anonimo, non
455                            visibile con un pathname sul filesystem, ma
456                            leggibile e scrivibile all'interno del processo.
457                            Introdotto con il kernel 3.11, è specifico di
458                            Linux.\\ 
459       \constd{O\_TRUNC}  & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
460                            ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
461                            una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi
462                            il comportamento non è specificato.\\ 
463       \hline
464     \end{tabular}
465     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
466       un file.} 
467   \label{tab:open_time_flag}
468 \end{table}
469
470 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
471     Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
472   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
473   bloccato nelle risposte all'attacco.}
474
475 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
476 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
477   flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock}
478   e \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
479   sez.~\ref{sec:file_locking}), si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
480   esistono con Linux.}  Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
481 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
482 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
483 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
484
485 Si tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da
486 NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene
487 emulata controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un
488 file di lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}, in tal caso
489 infatti un file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura
490 con \const{O\_CREAT}; la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
491 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
492 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
493
494 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
495 indefinito, escluso il caso in cui viene usato con \const{O\_TMPFILE} su cui
496 torneremo più avanti; un'altra eccezione è quello in cui lo si usa da solo su
497 un file di dispositivo, in quel caso se questo è in uso (ad esempio se è
498 relativo ad un filesystem che si è montato) si avrà un errore di
499 \errval{EBUSY}, e pertanto può essere usato in questa modalità per rilevare lo
500 stato del dispositivo.
501
502 Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre specificare
503 l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga presente che
504 indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in seguito
505 potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene aperto
506 l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
507 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.  Quando viene creato un nuovo file
508 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
509 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
510 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
511 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
512
513 Il flag \constd{O\_TMPFILE}, introdotto con il kernel
514 3.11,\footnote{inizialmente solo su alcuni filesystem (i vari \acr{extN},
515   \acr{Minix}, \acr{UDF}, \acr{shmem}) poi progressivamente esteso ad altri
516   (\acr{XFS} con il 3.15, \acr{Btrfs} e \acr{F2FS} con il 3.16, \acr{ubifs}
517   con il 4.9).}  consente di aprire un file temporaneo senza che questo venga
518 associato ad un nome e compaia nel filesystem. In questo caso la funzione
519 restituirà un file descriptor da poter utilizzare per leggere e scrivere dati,
520 ma il contenuto dell'argomento \param{path} verrà usato solamente per
521 determinare, in base alla directory su cui si verrebbe a trovare il
522 \textit{pathname} indicato, il filesystem all'interno del quale deve essere
523 allocato l'\textit{inode} e lo spazio disco usato dal file
524 descriptor. L'\textit{inode} resterà anonimo e l'unico riferimento esistente
525 sarà quello contenuto nella \textit{file table} del processo che ha chiamato
526 \func{open}.
527
528 Lo scopo principale del flag è quello fornire una modalità atomica, semplice e
529 sicura per applicare la tecnica della creazione di un file temporaneo seguita
530 dalla sua immediata cancellazione con \func{unlink} per non lasciare rimasugli
531 sul filesystem, di cui è parlato in sez.~\ref{sec:link_symlink_rename}.
532 Inoltre, dato che il file non compare nel filesystem, si evitano alla radice
533 tutti gli eventuali problemi di \textit{race condition} o \textit{symlink
534   attack} e non ci si deve neanche preoccupare di ottenere un opportuno nome
535 univoco con l'uso delle funzioni di sez.~\ref{sec:file_temp_file}.
536
537 Una volta aperto il file vi si potrà leggere o scrivere a seconda che siano
538 utilizzati \const{O\_RDWR} o \const{O\_WRONLY}, mentre l'uso di
539 \func{O\_RDONLY} non è consentito, non avendo molto senso ottenere un file
540 descriptor su un file che nasce vuoto per cui non si potrà comunque leggere
541 nulla. L'unico altro flag che può essere utilizzato insieme a
542 \const{O\_TMPFILE} è \const{O\_EXCL}, che in questo caso assume però un
543 significato diverso da quello ordinario, dato che in questo caso il file
544 associato al file descriptor non esiste comunque.
545
546 L'uso di \const{O\_EXCL} attiene infatti all'altro possibile impiego di
547 \const{O\_TMPFILE} oltre a quello citato della creazione sicura di un file
548 temporaneo come sostituto sicuro di \func{tmpfile}: la possibilità di creare
549 un contenuto iniziale per un file ed impostarne permessi, proprietario e
550 attributi estesi con \func{fchmod}, \func{fchown} e \func{fsetxattr}, senza
551 possibilità di \textit{race condition} ed interferenze esterne, per poi far
552 apparire il tutto sul filesystem in un secondo tempo utilizzando \func{linkat}
553 sul file descriptor (torneremo su questo in sez.~\ref{sec:file_openat}) per
554 dargli un nome. Questa operazione però non sarà possibile se si è usato
555 \const{O\_EXCL}, che in questo caso viene ad assumere il significato di
556 escludere la possibilità di far esistere il file anche in un secondo tempo.
557
558 % NOTE: per O_TMPFILE vedi: http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
559 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
560
561
562 \begin{table}[!htb]
563   \centering
564   \footnotesize
565     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
566       \hline
567       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
568       \hline
569       \hline
570       \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
571                            posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
572                            viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
573                            quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
574                            precedente. Con NFS questa funzionalità non è
575                            supportata e viene emulata, per questo possono
576                            verificarsi \textit{race condition} con una
577                            sovrapposizione dei dati se più di un processo
578                            scrive allo stesso tempo.\\ 
579       \constd{O\_ASYNC}  & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
580                            sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
581                            impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
582                            tutte le volte che il file è pronto per le
583                            operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
584                            può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
585                            e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle
586                            \textit{fifo}. Per un bug dell'implementazione non
587                            è opportuno usarlo in fase di apertura del file,
588                            deve invece essere attivato successivamente con
589                            \func{fcntl}.\\
590       \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
591                            sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è 
592                            previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
593                            introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
594                            \textit{race condition} che si potrebbe verificare
595                            con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
596                            l'impostazione della suddetta modalità con
597                            \func{fcntl} (vedi
598                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
599       \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
600                            \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
601                            scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
602                            kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
603                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
604                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
605       \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
606                            file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
607                            molti filesystem questa funzionalità non è
608                            disponibile per il singolo file ma come opzione
609                            generale da specificare in fase di
610                            montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed 
611                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
612                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
613       \constd{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
614                             le operazioni di I/O (vedi
615                             sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
616                             il fallimento delle successive operazioni di
617                             lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
618                             per la loro esecuzione immediata, invece del 
619                             blocco delle stesse in attesa di una successiva
620                             possibilità di esecuzione come avviene
621                             normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
622                             \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}),
623                             o quando si vuole aprire un file di dispositivo
624                             per eseguire una \func{ioctl} (vedi
625                             sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
626       \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
627                            origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
628                            una \func{read} con un valore nullo e non con un
629                            errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
630                            come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
631                            di un valore nullo da parte di \func{read} ha 
632                            il significato di una \textit{end-of-file}.\\
633       \const{O\_PATH}    & Ottiene un file descriptor io cui uso è limitato
634                            all'indicare una posizione sul filesystem o
635                            eseguire operazioni che operano solo a livello del
636                            file descriptor (e non di accesso al contenuto del
637                            file). Introdotto con il kernel 2.6.39, è specifico
638                            di Linux.\\
639       \constd{O\_SYNC}   & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
640                            scrittura si bloccherà fino alla conferma
641                            dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
642                            sull'hardware sottostante (in questo significato
643                            solo dal kernel 2.6.33).\\
644       \constd{O\_DSYNC}  & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
645                            scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
646                            dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
647                            ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
648                            questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
649       \hline
650     \end{tabular}
651     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
652       un file.} 
653   \label{tab:open_operation_flag}
654 \end{table}
655
656 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
657 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
658 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
659 eseguite sul file o le modalità in cui lo si potrà utilizzare. Tutti questi,
660 tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene mantenuto per ogni singolo file
661 descriptor, vengono salvati nel campo \var{f\_flags} della struttura
662 \kstruct{file} insieme al valore della \textsl{modalità di accesso}, andando
663 far parte dei \textit{file status flags}. Il loro valore viene impostato alla
664 chiamata di \func{open}, ma possono venire riletti in un secondo tempo con
665 \func{fcntl}, inoltre alcuni di essi possono anche essere modificati tramite
666 questa funzione, con conseguente effetto sulle caratteristiche operative che
667 controllano (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
668
669 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
670 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
671 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
672   ancora presente nella pagina di manuale, almeno fino al novembre 2018.} non
673 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
674 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
675 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
676 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
677 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
678 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
679
680 Il flag \constd{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
681 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
682   SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
683   FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
684 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
685 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
686 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
687 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
688 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
689 \errval{EINVAL}.
690
691 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
692 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
693 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
694 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
695 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
696 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
697 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
698 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
699 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
700 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
701
702 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
703 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
704 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
705 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
706 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
707   del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
708   causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere se si usa
709 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
710
711 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
712 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
713 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
714 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}. 
715
716 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
717 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
718 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
719 informazioni ausiliarie come i tempi dei file.  Il secondo, da usare in
720 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
721 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
722 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
723 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
724 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
725 sincronizzazione non sia completata.
726
727 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
728 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
729 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
730 sinonimi di \const{O\_SYNC}.  Con il kernel 2.6.33 il significato di
731 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
732 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
733 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
734 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
735 comportamento diverso.  Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
736 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
737 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
738
739 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella  
740 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ 
741
742 Il flag \constd{O\_PATH}, introdotto con il kernel 2.6.39, viene usato per
743 limitare l'uso del file descriptor restituito da \func{open} o
744 all'identificazione di una posizione sul filesystem (ad uso delle
745 \textit{at-functions} che tratteremo in sez.~\ref{sec:file_openat}) o alle
746 operazioni che riguardano il file descriptor in quanto tale, senza consentire
747 operazioni sul file; in sostanza se si apre un file con \const{O\_PATH} si
748 potrà soltanto:
749 \begin{itemize*}
750 \item usare il file descriptor come indicatore della directory di partenza con
751   una delle \textit{at-functions} (vedi sez.~\ref{sec:file_openat});
752 \item cambiare directory di lavoro con \func{fchdir} se il file descriptor fa
753   riferimento a una directory (dal kernel 3.5);
754 \item usare le funzioni che duplicano il file descriptor (vedi
755   sez.~\ref{sec:file_dup});
756 \item passare il file descriptor ad un altro processo usando un socket
757   \const{PF\_UNIX} (vedi sez.~\ref{sec:unix_socket})
758 \item ottenere le informazioni relative al file con \func{fstat} (dal kernel
759   3.6) o al filesystem con \func{fstatfs} (dal kernel 3.12);
760 \item ottenere il valore dei \textit{file descriptor flags} (fra cui comparirà
761   anche lo stesso \const{O\_PATH}) o impostare o leggere i \textit{file status
762     flags} con \func{fcntl} (rispettivamente con le operazioni
763   \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFD} e \const{F\_GETFD}, vedi
764   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
765 \item chiudere il file con \func{close}.
766 \end{itemize*}
767
768 In realtà usando \const{O\_PATH} il file non viene effettivamente aperto, per
769 cui ogni tentativo di usare il file descriptor così ottenuto con funzioni che
770 operano effettivamente sul file (come ad esempio \func{read}, \func{write},
771 \func{fchown}, \func{fchmod}, \func{ioctl}, ecc.) fallirà con un errore di
772 \errval{EBADF}, come se questo non fosse un file descriptor valido. Per questo
773 motivo usando questo flag non è necessario avere nessun permesso per aprire un
774 file, neanche quello di lettura (occorre ovviamente avere il permesso di
775 esecuzione per le directory sovrastanti).
776
777 Questo consente di usare il file descriptor con funzioni che non richiedono
778 permessi sul file, come \func{fstat}, laddove un'apertura con
779 \const{O\_RDONLY} sarebbe fallita. I permessi verranno eventualmente
780 controllati, se necessario, nelle operazioni seguenti, ad esempio per usare
781 \func{fchdir} con il file descriptor (se questo fa riferimento ad una
782 directory) occorrerà avere il permesso di esecuzione.
783
784 Se si usa \const{O\_PATH} tutti gli altri flag eccettuati \const{O\_CLOEXEC},
785 \const{O\_DIRECTORY} e \const{O\_NOFOLLOW} verranno ignorati. I primi due
786 mantengono il loro significato usuale, mentre \const{O\_NOFOLLOW} fa si che se
787 il file indicato è un un link simbolico venga aperto quest'ultimo (cambiando
788 quindi il comportamento ordinario che prova il fallimento della chiamata),
789 così da poter usare il file descriptor ottenuto per le funzioni
790 \func{fchownat}, \func{fstatat}, \func{linkat} e \func{readlinkat} che ne
791 supportano l'uso come come primo argomento (torneremo su questo in
792 sez.~\ref{sec:file_openat}).
793
794
795 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
796 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
797 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
798 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
799 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
800
801 \begin{funcproto}{
802 \fhead{fcntl.h}
803 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
804 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
805 }
806
807 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
808   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
809   \func{open}.}
810 \end{funcproto}
811
812 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
813 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
814   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
815 vecchi programmi.
816
817 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
818 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
819 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
820 disponibile; il suo prototipo è:
821
822 \begin{funcproto}{
823 \fhead{unistd.h}
824 \fdecl{int close(int fd)}
825 \fdesc{Chiude un file.} 
826 }
827
828 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
829   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
830   \begin{errlist}
831     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
832     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
833   \end{errlist}
834   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
835 \end{funcproto}
836
837 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
838 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
839 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
840 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
841 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
842 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
843 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
844 viene cancellato.
845
846 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
847 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
848 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
849 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
850 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \itindex{write-behind}
851 \textit{write-behind}, per cui una \func{write} può avere successo anche se i
852 dati non sono stati effettivamente scritti su disco. In questo caso un
853 eventuale errore di I/O avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre
854 verrebbe riportato alla chiusura esplicita del file. Per questo motivo non
855 effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
856 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
857   e le quote su disco.}
858
859 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
860 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
861 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
862 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente lo scarico
863 dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al comportamento
864 dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni dell'accesso al
865 disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva l'abitudine di
866 alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo prima di eseguire
867 lo shutdown di una macchina.
868
869 Si tenga comunque presente che ripetere la chiusura in caso di fallimento non
870 è opportuno, una volta chiamata \func{close} il file descriptor viene comunque
871 rilasciato, indipendentemente dalla presenza di errori, e se la riesecuzione
872 non comporta teoricamente problemi (se non la sua inutilità) se fatta
873 all'interno di un processo singolo, nel caso si usino i \textit{thread} si
874 potrebbe chiudere un file descriptor aperto nel contempo da un altro
875 \textit{thread}.
876
877 \subsection{La gestione della posizione nel file}
878 \label{sec:file_lseek}
879
880 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
881 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
882 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
883 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
884 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
885 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
886
887 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
888 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
889 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
890 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
891 prototipo è:
892
893 \begin{funcproto}{
894 \fhead{sys/types.h}
895 \fhead{unistd.h}
896 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
897 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
898 }
899
900 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
901   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
902   \begin{errlist}
903     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
904     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
905       tipo \type{off\_t}.
906     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
907       \textit{fifo}.
908   \end{errlist}
909   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
910 \end{funcproto}
911
912 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
913 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
914 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
915 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
916   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
917   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
918   \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
919 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
920 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
921 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
922 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
923 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
924
925 \begin{table}[htb]
926   \centering
927   \footnotesize
928   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
929     \hline
930     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
931     \hline
932     \hline
933     \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
934                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
935                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
936     \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
937                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
938                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
939                         corrente.\\
940     \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
941                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
942                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
943                         corrente.\\
944     \hline
945     \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
946                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
947                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
948                         (dal kernel 3.1).\\
949     \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
950                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
951                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
952                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
953                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
954                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
955     \hline
956   \end{tabular}  
957   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
958   \label{tab:lseek_whence_values}
959 \end{table}
960
961
962 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
963 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
964
965 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
966 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
967 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
968 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
969 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
970 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
971
972 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
973 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
974 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
975 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
976 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
977   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
978 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
979 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
980 indefinito.
981
982 \itindbeg{sparse~file} 
983 \index{file!\textit{hole}|(} 
984
985 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
986 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
987 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
988 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
989 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file.  Il nome deriva dal fatto
990 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
991 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
992 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
993 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
994 vuota.
995
996 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
997 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
998   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
999 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
1000 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
1001 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
1002 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
1003 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
1004 quella parte del file.
1005
1006 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
1007 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
1008 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
1009 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
1010 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
1011 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
1012 effettivamente allocati per il file.
1013
1014 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
1015 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
1016 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
1017 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
1018 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
1019 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
1020 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
1021
1022 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
1023 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
1024 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
1025 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
1026 accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di
1027 un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
1028 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
1029 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
1030 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
1031 inutilizzato.
1032
1033 \itindend{sparse~file}
1034
1035 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
1036 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
1037 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
1038 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
1039 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
1040 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
1041 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
1042 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
1043 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
1044 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
1045 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
1046 di \param{offset}.
1047
1048 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
1049 buco in un file è lasciata all'implementazione del filesystem, dato che oltre
1050 a quelle classiche appena esposte esistono vari motivi per cui una sezione di
1051 un file può non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può
1052 essere stata preallocata con \func{fallocate}, vedi
1053 sez.~\ref{sec:file_fadvise}). Questo significa che l'uso di questi nuovi
1054 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
1055 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
1056 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1057
1058 \index{file!\textit{hole}|)} 
1059
1060
1061 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
1062 \label{sec:file_read}
1063
1064 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
1065 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
1066 il cui prototipo è:
1067
1068 \begin{funcproto}{
1069 \fhead{unistd.h}
1070 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
1071 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
1072 }
1073
1074 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1075   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1076   \begin{errlist}
1077   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
1078     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1079   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1080   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1081     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1082     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1083     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1084     allineato.
1085   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1086     essendo in background ignorando o bloccando \const{SIGTTIN} (vedi
1087     sez.~\ref{sec:term_io_design}) o per errori di basso livello sul supporto.
1088   \end{errlist}
1089   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1090   significato generico.}
1091 \end{funcproto}
1092
1093 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1094 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}.\footnote{fino ad
1095   un massimo di \const{0x7ffff000} byte, indipendentemente che l'architettura
1096   sia a 32 o 64 bit.} Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
1097 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
1098 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato. Inoltre che non è
1099 detto che la funzione \func{read} restituisca il numero di byte richiesto, ci
1100 sono infatti varie ragioni per cui la funzione può restituire un numero di
1101 byte inferiore: questo è un comportamento normale, e non un errore, che
1102 bisogna sempre tenere presente.
1103
1104 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1105 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1106 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1107 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1108 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
1109 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1110 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1111 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1112 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1113
1114 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1115 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1116 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1117 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1118 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1119 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1120 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1121 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1122
1123 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1124 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1125 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1126 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1127 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1128 applicano anche ulteriori condizioni che approfondiremo in
1129 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1130
1131 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1132 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1133 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1134 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1135 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1136 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
1137 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1138 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1139 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1140   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1141   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1142   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1143   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1144 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1145 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1146
1147 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1148 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1149 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1150   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1151   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1152   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1153   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1154 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1155 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1156 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1157
1158 \begin{funcproto}{
1159 \fhead{unistd.h}
1160 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1161 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1162 }
1163
1164 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1165   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1166   \func{read} e \func{lseek}.}
1167 \end{funcproto}
1168
1169 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1170 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1171 una posizione sul file a partire dalla quale verranno i \param{count}
1172 byte. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno, ma la posizione
1173 corrente sul file resterà invariata.  Il valore di \param{offset} fa sempre
1174 riferimento all'inizio del file.
1175
1176 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{lseek} alla
1177 posizione indicata da \param{offset} seguita da una \func{read}, seguita da
1178 un'altra \func{lseek} che riporti al valore iniziale della posizione corrente
1179 sul file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1180 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1181 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è particolarmente utile in caso di
1182 programmazione \textit{multi-thread} (vedi sez.~\ref{cha:threads}) quando
1183 all'interno di un processo si vuole che le operazioni di un \textit{thread}
1184 non possano essere influenzata da eventuali variazioni della posizione sul
1185 file effettuate da altri \textit{thread}.
1186
1187 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1188 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1189 \textit{Single Unix Specification} con un valore della macro
1190 \macro{\_XOPEN\_SOURCE} maggiore o uguale a 500 o a partire dalla \acr{glibc}
1191 2.12 con un valore dalla macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} maggiore o uguale al
1192 valore \val{200809L}.  Si ricordi di definire queste macro prima
1193 dell'inclusione del file di dichiarazione \headfile{unistd.h}.
1194
1195
1196 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1197 \label{sec:file_write}
1198
1199 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1200 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1201 prototipo è:
1202
1203 \begin{funcproto}{
1204 \fhead{unistd.h}
1205 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1206 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1207 }
1208
1209 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1210   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1211   \begin{errlist}
1212   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1213     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1214   \item[\errcode{EDESTADDRREQ}] si è eseguita una scrittura su un socket di
1215     tipo \textit{datagram} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type}) senza aver prima
1216     connesso il corrispondente con \func{connect} (vedi
1217     sez.~\ref{sec:UDP_sendto_recvfrom}).
1218   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1219     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1220     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1221   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1222     potuto scrivere qualsiasi dato.
1223   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1224     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1225 %  \item[\errcode{EPERM}] la scrittura è proibita da un \textit{file seal}.
1226   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1227     altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1228     segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1229     la funzione ritorna questo errore.
1230   \end{errlist}
1231   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO},
1232   \errval{EISDIR}, \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1233 \end{funcproto}
1234
1235
1236 \itindbeg{append~mode}
1237
1238 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1239 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1240 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1241 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1242 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1243 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1244 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1245 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1246
1247 \itindend{append~mode}
1248
1249 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1250 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1251 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1252 stesso comportamento di \func{read}.
1253
1254 Anche per \func{write} lo standard Unix98 (ed i successivi POSIX.1-2001 e
1255 POSIX.1-2008) definiscono un'analoga \funcd{pwrite} per scrivere alla
1256 posizione indicata senza modificare la posizione corrente nel file, il suo
1257 prototipo è:
1258
1259 \begin{funcproto}{
1260 \fhead{unistd.h}
1261 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1262 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1263 }
1264
1265 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1266   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1267   \func{write} e \func{lseek}.}
1268 \end{funcproto}
1269
1270 \noindent per questa funzione valgono le stesse considerazioni fatte per
1271 \func{pread}, a cui si aggiunge il fatto che su Linux, a differenza di quanto
1272 previsto dallo standard POSIX che richiederebbe di ignorarlo, se si è aperto
1273 il file con \const{O\_APPEND} i dati saranno comunque scritti in coda al file,
1274 ignorando il valore di \param{offset}.
1275
1276
1277 \section{Caratteristiche avanzate}
1278 \label{sec:file_adv_func}
1279
1280 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1281 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1282 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1283 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1284 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1285
1286
1287 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1288 \label{sec:file_shared_access}
1289
1290 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1291 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1292 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1293 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1294 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1295 diversi.
1296
1297 \begin{figure}[!htb]
1298   \centering
1299   \includegraphics[width=11cm]{img/filemultacc}
1300   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1301     diversi}
1302   \label{fig:file_mult_acc}
1303 \end{figure}
1304
1305 Il primo caso è quello in cui due processi indipendenti aprono lo stesso file
1306 su disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1307 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1308 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1309 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1310 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1311 su disco.
1312
1313 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1314 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1315 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1316 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1317 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1318 \begin{itemize*}
1319 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1320   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1321   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1322   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1323   della struttura \kstruct{inode}.
1324 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1325   effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1326   dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1327   scrittura il file viene automaticamente esteso. Questa operazione avviene
1328   atomicamente, ogni altro processo che usi \const{O\_APPEND} vedrà la
1329   dimensione estesa e continuerà a scrivere in coda al file.
1330 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1331   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1332   c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1333   fine del file la posizione viene impostata leggendo la attuale dimensione
1334   corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1335 \end{itemize*}
1336
1337 \begin{figure}[!htb]
1338   \centering
1339   \includegraphics[width=11cm]{img/fileshar}
1340   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1341   \label{fig:file_acc_child}
1342 \end{figure}
1343
1344 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1345 puntano alla stessa voce nella \textit{file table}.  Questo è ad esempio il
1346 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1347 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1348 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1349 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1350 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1351
1352 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1353 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1354 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1355 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1356   table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1357 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1358 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1359 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1360 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1361 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1362 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1363 presente.
1364
1365 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1366 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1367 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1368 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1369 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1370 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1371 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1372 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1373 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1374 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1375
1376 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1377 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1378 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1379 restrizione dell'accesso impliciti quando più processi vogliono accedere allo
1380 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1381 sempre fatte da ogni processo in maniera indipendente, utilizzando una
1382 posizione corrente nel file che normalmente, a meno di non trovarsi nella
1383 situazione di fig.~\ref{fig:file_acc_child}, è locale a ciascuno di essi.
1384
1385 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1386 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1387 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1388 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1389 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1390 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1391 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1392 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1393 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1394
1395 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1396 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1397 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1398 fine del file con \func{lseek} e poi scrivere con \func{write} può condurre ad
1399 una \textit{race condition}; infatti può succedere che un secondo processo
1400 scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo
1401 caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo,
1402 avrà una posizione corrente che aveva impostato con \func{lseek} che non
1403 corrisponde più alla fine del file, e la sua successiva \func{write}
1404 sovrascriverà i dati del secondo processo.
1405
1406 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1407 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1408 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1409 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1410 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1411 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1412 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1413 il file.  Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1414   call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1415 realizza un'operazione atomica.
1416
1417
1418 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1419 \label{sec:file_dup}
1420
1421 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1422 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1423 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo con la cosiddetta
1424 \textit{duplicazione} di un file descriptor. Per far questo si usa la funzione
1425 di sistema \funcd{dup}, il cui prototipo è:
1426
1427 \begin{funcproto}{
1428 \fhead{unistd.h}
1429 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1430 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1431 }
1432
1433 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1434   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1435   \begin{errlist}
1436   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1437   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1438     descriptor aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
1439   \end{errlist}
1440 }  
1441 \end{funcproto}
1442
1443 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1444 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1445 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1446 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1447 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1448 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1449 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1450 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1451 da cui il nome della funzione.
1452
1453 \begin{figure}[!htb]
1454   \centering \includegraphics[width=11cm]{img/filedup}
1455   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1456   \label{fig:file_dup}
1457 \end{figure}
1458
1459 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1460 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1461 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1462 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1463 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1464 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1465 riferimento.
1466
1467 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1468 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1469 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1470 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1471 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1472 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1473
1474 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1475 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1476 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1477 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1478 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1479 \textit{pipe}).
1480
1481 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1482 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1483 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1484 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1485 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1486 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un
1487 file descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso una
1488 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1489 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1490 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1491 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1492
1493 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1494 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1495 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1496 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1497 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1498 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1499 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1500
1501 \begin{funcproto}{
1502 \fhead{unistd.h}
1503 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1504 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1505 }
1506
1507 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1508   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1509   \begin{errlist}
1510   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1511     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1512   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1513       condition}.
1514   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1515   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1516     descriptor aperti.
1517   \end{errlist}
1518 }  
1519 \end{funcproto}
1520
1521 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1522 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1523 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1524 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1525 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1526 e si limita a restituire \param{newfd}.
1527
1528 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1529 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1530 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1531 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1532 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1533 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1534 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1535 quello voluto.
1536
1537 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1538 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1539 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1540 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1541 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1542   abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1543   piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1544   aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1545   condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1546   OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1547   una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1548
1549 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1550 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1551 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1552 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1553 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1554 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1555 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1556 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1557 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1558 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1559 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1560
1561 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1562 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1563   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1564 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1565 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1566
1567 \begin{funcproto}{
1568 \fhead{unistd.h}
1569 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1570 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1571 }
1572
1573 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1574   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1575   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1576   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1577 }  
1578 \end{funcproto}
1579
1580 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1581 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1582 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1583 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1584 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1585
1586
1587 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1588 \label{sec:file_sync}
1589
1590 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1591 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1592 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1593 disco in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1594 \func{write}.
1595
1596 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1597 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1598 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1599 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1600   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1601   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1602
1603 \begin{funcproto}{
1604 \fhead{unistd.h}
1605 \fdecl{void sync(void)}
1606 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1607 }
1608
1609 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1610 \end{funcproto}
1611
1612 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1613 operazioni ritornando immediatamente, con Linux invece, fin dal kernel 1.3.20,
1614 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1615 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1616 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1617 suo meccanismo interno di bufferizzazione che a sua volta può ritardare
1618 ulteriormente la scrittura effettiva.
1619
1620 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1621 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1622 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1623 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1624 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1625 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel. Nei
1626 kernel recenti questo comportamento può essere controllato con l'uso dei vari
1627 file \texttt{dirty\_*} in \sysctlfiled{vm/}.\footnote{si consulti la
1628   documentazione allegata ai sorgenti del kernel nel file
1629   \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di argomenti di natura
1630   sistemistica non li prenderemo in esame.}
1631
1632 Si tenga presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo
1633 veniva usata per controllare lo scaricamento dei dati, è deprecata a partire
1634 dal kernel 2.6 e causa semplicemente la stampa di un messaggio nei log del
1635 kernel, e non è più presente dalle \acr{glibc} 2.23, pertanto non la
1636 prenderemo in esame.
1637
1638 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1639 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1640 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1641 prototipi sono:
1642
1643 \begin{funcproto}{
1644 \fhead{unistd.h}
1645 \fdecl{int fsync(int fd)}
1646 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1647 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1648 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1649 }
1650
1651 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1652   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1653   \begin{errlist}
1654   \item[\errcode{EDQUOT}] si è superata un quota disco durante la
1655     sincronizzazione.
1656   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1657     sincronizzazione (talvolta anche \errval{EROFS}).
1658   \item[\errcode{EIO}] c'è stato un errore di I/O durante la sincronizzazione,
1659     che in questo caso può derivare anche da scritture sullo stesso file
1660     eseguite su altri file descriptor.
1661   \item[\errcode{ENOSPC}] si è esaurito lo spazio disco durante la
1662     sincronizzazione.
1663   \end{errlist}
1664   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
1665 \end{funcproto}
1666
1667 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1668 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1669 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1670 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1671 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1672 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1673 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1674 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1675 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1676 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1677
1678 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1679 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1680 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1681 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1682 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1683   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1684   automatica delle voci delle directory.}
1685
1686 La funzione può restituire anche \errval{ENOSPC} e \errval{EDQUOT} per quei
1687 casi in cui l'allocazione dello spazio disco non viene effettuata
1688 all'esecuzione di una \func{write} (come NFS o altri filesystem di rete) per
1689 cui l'errore viene rilevato quando la scrittura viene effettivamente
1690 eseguita.
1691
1692 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1693 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1694 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1695 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1696 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1697 prestazioni. 
1698
1699 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1700 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1701   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1702   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1703 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1704 prototipo è:
1705
1706 \begin{funcproto}{
1707 \fhead{unistd.h}
1708 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1709 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1710   disco.}
1711 }
1712
1713 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1714   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1715   \begin{errlist}
1716     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1717   \end{errlist}
1718 }  
1719 \end{funcproto}
1720
1721 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1722 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1723 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1724
1725
1726 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1727 \label{sec:file_openat}
1728
1729 \itindbeg{at-functions}
1730
1731 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1732 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1733 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1734 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1735 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1736 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1737 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1738   attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1739 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1740
1741 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1742 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1743 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1744 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1745 di lavoro.
1746
1747 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1748 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1749 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1750 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1751 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1752 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1753 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1754   principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1755   \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1756   2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1757   prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1758   \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1759   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1760 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1761 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1762 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1763 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1764 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1765
1766 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1767 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1768 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1769 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1770 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1771 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1772
1773 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1774 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1775 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1776 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1777 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1778 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1779 a ciascun file che essa contiene.
1780
1781 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1782 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1783 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1784 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1785 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1786
1787 \begin{funcproto}{
1788 \fhead{fcntl.h}
1789 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1790 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1791 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.} 
1792 }
1793
1794 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1795   \func{open}, ed in più:
1796   \begin{errlist}
1797   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1798   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1799     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1800    \end{errlist}
1801 }  
1802 \end{funcproto}
1803
1804 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1805 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1806 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1807 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1808 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1809 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1810 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1811 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1812 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1813 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1814 sono definite in esso.
1815
1816 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1817 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1818 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1819 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1820 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1821 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1822 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1823 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1824
1825 \begin{table}[htb]
1826   \centering
1827   \footnotesize
1828   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1829     \hline
1830     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1831     \hline
1832     \hline
1833      \func{execveat}  &$\bullet$&\func{execve}  \\
1834      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1835      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1836      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1837      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1838      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1839      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1840      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1841      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1842      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1843      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1844      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1845      \funcm{statx}    &$\bullet$&\func{stat}  \\
1846      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1847      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1848      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1849     \hline
1850   \end{tabular}
1851   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1852     corrispettive funzioni classiche.}
1853   \label{tab:file_atfunc_corr}
1854 \end{table}
1855
1856 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1857   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1858
1859 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1860 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1861 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1862 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1863 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1864 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1865 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1866 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1867 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1868
1869
1870
1871
1872 % TODO trattare fstatat e con essa
1873 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
1874 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
1875 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f) 
1876
1877 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1878 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1879 % http://lwn.net/Articles/562488/
1880
1881 % TODO: Trattare esempio di inzializzazione di file e successivo collegamento
1882 % con l'uso di O_TMPFILE e linkat, vedi man open
1883
1884
1885 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1886 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1887 % http://lwn.net/Articles/569134/ 
1888 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1889 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1890
1891
1892 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1893 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1894 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1895 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1896 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1897 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1898 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1899 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1900 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1901
1902 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1903 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1904 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1905
1906 \begin{funcproto}{
1907 \fhead{unistd.h}
1908 \fhead{fcntl.h} 
1909 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1910     group, int flags)}
1911 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1912 }
1913
1914 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1915   \func{chown}, ed in più:
1916   \begin{errlist}
1917   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1918   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1919   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1920     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1921   \end{errlist}
1922 }  
1923 \end{funcproto}
1924
1925 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1926 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1927 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1928 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1929 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1930 come \func{chown}.
1931
1932 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1933 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1934 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1935 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1936
1937 \begin{funcproto}{
1938 \fhead{unistd.h}
1939 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1940 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1941 }
1942
1943 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1944   \func{access}, ed in più:
1945   \begin{errlist}
1946   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1947   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1948   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1949     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1950   \end{errlist}
1951 }  
1952 \end{funcproto}
1953
1954 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1955 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1956 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1957 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1958 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1959 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1960 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1961 \func{access}).
1962
1963
1964 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1965 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1966 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1967 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1968
1969 \begin{funcproto}{
1970 \fhead{fcntl.h}
1971 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1972 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1973 }
1974
1975 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1976   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1977   più:
1978   \begin{errlist}
1979   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1980   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1981   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1982     ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1983   \end{errlist}
1984 }  
1985 \end{funcproto}
1986
1987 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1988 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1989 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1990 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1991 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1992 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1993 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1994 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1995 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1996
1997 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1998 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1999 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
2000 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
2001 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
2002 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
2003 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
2004 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
2005 simbolici.
2006
2007 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
2008 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
2009 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
2010 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
2011 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
2012 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
2013
2014 \begin{table}[htb]
2015   \centering
2016   \footnotesize
2017   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2018     \hline
2019     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2020     \hline
2021     \hline
2022     \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
2023                                     dereferenziazione dei collegamenti
2024                                     simbolici.\\ 
2025     \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
2026                                   dereferenziazione dei collegamenti simbolici
2027                                   (usato esplicitamente solo da
2028                                   \func{linkat}).\\ 
2029     \constd{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
2030                                   il controllo dei permessi sia fatto usando
2031                                   l'\ids{UID} effettivo invece di quello
2032                                   reale.\\
2033     \constd{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
2034                                   la funzione si comporti come \func{rmdir}
2035                                   invece che come \func{unlink}.\\
2036     \hline
2037   \end{tabular}  
2038   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
2039     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
2040   \label{tab:at-functions_constant_values}
2041 \end{table}
2042
2043
2044 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2045
2046
2047 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
2048 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
2049 quella relativa a \func{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
2050 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
2051 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
2052 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
2053 precisione fino al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
2054 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
2055   introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
2056   della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
2057   da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
2058   nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
2059   parleremo.} ed il suo prototipo è:
2060
2061 \begin{funcproto}{
2062 \fhead{sys/time.h}
2063 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
2064     timespec times[2], int flags)}
2065 \fdesc{Cambia i tempi di un file.} 
2066 }
2067
2068 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2069   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
2070   \begin{errlist}
2071   \item[\errcode{EACCES}] si è richiesta l'impostazione del tempo corrente ma
2072     non si ha il permesso di scrittura sul file, o non si è proprietari del
2073     file o non si hanno i privilegi di amministratore; oppure il file è
2074     immutabile (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
2075   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
2076     descriptor valido.
2077   \item[\errcode{EFAULT}] \param{times} non è un puntatore valido oppure
2078     \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma \param{pathname} è \var{NULL} o non è
2079     un puntatore valido.
2080   \item[\errcode{EINVAL}] si sono usati dei valori non corretti per i tempi di
2081     \param{times}, oppure è si usato un valore non valido per \param{flags},
2082     oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
2083     \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
2084   \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto un cambiamento nei tempi non al tempo
2085     corrente, ma non si è proprietari del file o non si hanno i privilegi di
2086     amministratore; oppure il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
2087     sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
2088   \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
2089     componenti di \param{pathname}.
2090   \end{errlist}
2091   ed inoltre per entrambe \errval{EROFS} e per \func{utimensat}
2092   \errval{ELOOP}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR} nel
2093   loro significato generico.}
2094 \end{funcproto}
2095
2096 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
2097 di strutture \struct{timespec} esattamente come \func{futimes} (si veda quanto
2098 illustrato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). 
2099
2100 La funzione supporta invece, rispetto ad \func{utimes} che abbiamo visto in
2101 sez.~\ref{sec:file_file_times}, una sintassi più complessa che consente una
2102 indicazione sicura del file su cui operare specificando la directory su cui si
2103 trova tramite il file descriptor \param{dirfd} ed il suo nome come
2104 \textit{pathname relativo} in \param{pathname}.\footnote{su Linux solo
2105   \func{utimensat} è una \textit{system call} e \func{futimens} è una funzione
2106   di libreria, infatti se \param{pathname} è \var{NULL} \param{dirfd} viene
2107   considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento del tempo
2108   applicato al file sottostante, qualunque esso sia, per cui
2109   \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd,
2110     NULL, times, 0)} ma nella \acr{glibc} questo comportamento è disabilitato
2111   seguendo lo standard POSIX, e la funzione ritorna un errore di
2112   \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.}
2113
2114 Torneremo su questa sintassi e sulla sua motivazione in
2115 sez.~\ref{sec:file_openat}, quando tratteremo tutte le altre funzioni (le
2116 cosiddette \textit{at-functions}) che la utilizzano; essa prevede comunque
2117 anche la presenza dell'argomento \param{flags} con cui attivare flag di
2118 controllo che modificano il comportamento della funzione, nel caso specifico
2119 l'unico valore consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} che indica alla
2120 funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa che le permette
2121 di riprodurre le funzionalità di \func{lutimes}.
2122
2123
2124 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2125
2126
2127 \itindend{at-functions}
2128
2129 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2130 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
2131 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2132
2133 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
2134 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html 
2135
2136 \subsection{Le operazioni di controllo}
2137 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2138
2139 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2140 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2141 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2142 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2143 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2144
2145 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2146 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2147 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2148   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2149   il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2150 prototipo è:
2151
2152 \begin{funcproto}{
2153 \fhead{unistd.h}
2154 \fhead{fcntl.h}
2155 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2156 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2157 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2158 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2159 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
2160 }
2161
2162 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2163   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2164   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2165   l'unico valido in generale è:
2166   \begin{errlist}
2167   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2168   \end{errlist}
2169 }  
2170 \end{funcproto}
2171
2172 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2173 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2174 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2175 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2176 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2177 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2178 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2179 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2180
2181 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2182 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2183 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2184 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2185 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2186 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2187 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2188   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2189   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2190   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2191   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2192   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2193   descrittori consentito.
2194
2195 \itindbeg{close-on-exec}
2196
2197 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2198   in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2199   duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2200   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2201   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2202   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2203   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2204
2205 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2206     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2207   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2208   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2209   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2210   serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2211   \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2212   pertanto che il flag non è impostato.
2213
2214 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2215   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2216   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2217   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2218   \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2219   tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2220   ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2221     si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2222     \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2223 \itindend{close-on-exec}
2224
2225 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2226   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2227   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2228   comando permette di rileggere il valore di quei bit
2229   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2230   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2231   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2232   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2233   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2234   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2235     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2236   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
2237
2238 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2239   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2240   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2241   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2242   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2243   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2244   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2245   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2246   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2247   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2248   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2249
2250 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2251   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2252   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2253   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2254   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2255   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2256
2257 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2258   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2259   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2260   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
2261   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2262
2263 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2264   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2265   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2266   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2267   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2268
2269 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2270   processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2271   che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2272   segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2273   asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2274   \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2275   sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2276   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2277   \errval{EBADF}.
2278
2279   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2280   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2281   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2282   \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2283   valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2284   $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2285   \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2286     presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2287     modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2288     che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2289   in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2290   dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2291   segno.
2292
2293   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2294   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2295   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2296   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2297   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2298     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2299     l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2300     unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2301     può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2302   il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2303   della \acr{glibc} e del kernel.
2304
2305 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2306   l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2307   segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2308   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2309   caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2310   \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2311     group} inesistente.
2312
2313   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2314   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2315   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2316   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2317   per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2318   valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2319   \textit{process group}.
2320
2321   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2322   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2323   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2324   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2325   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2326   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2327   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2328   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2329   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2330   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2331   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2332   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2333   interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2334     group}.
2335
2336 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2337   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2338   o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2339   preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2340   eventi associati al file descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in
2341   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2342   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2343
2344   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2345   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2346   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2347   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2348   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2349   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2350   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2351   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2352
2353 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2354   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2355   del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2356   \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2357   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2358   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2359   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2360   un tipo di identificatore valido.
2361
2362   \begin{figure}[!htb]
2363     \footnotesize \centering
2364     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2365       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2366     \end{varwidth}
2367     \normalsize 
2368     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2369     \label{fig:f_owner_ex}
2370   \end{figure}
2371
2372   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2373   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2374   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2375   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2376   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2377   \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2378   \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2379   rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2380     ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2381   di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2382   sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2383   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2384   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2385   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2386
2387 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2388   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2389   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2390   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2391   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2392   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2393   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2394   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2395   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2396
2397 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2398   I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2399   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2400   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2401   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2402   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2403   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2404   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2405   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2406   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2407
2408   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2409   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2410   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2411   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2412   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2413   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2414   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2415   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2416   accumulati in una coda prima della notifica.
2417
2418 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2419   processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2420   di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2421   diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2422   solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è
2423   trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2424
2425 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2426   di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2427   del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2428   successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2429   \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2430   (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2431   \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2432     lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2433   hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2434     capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2435
2436   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2437   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2438   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2439   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2440   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2441   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2442   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2443
2444 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2445   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2446   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2447   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2448   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2449   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2450   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2451   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2452   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2453
2454 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2455   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2456   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2457   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2458   restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2459   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2460   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2461
2462 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2463   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2464   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2465   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2466   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2467   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2468   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2469   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2470   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2471   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2472   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2473   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2474   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2475     precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2476   impostare un valore superiore a quello indicato da
2477   \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}.  Il comando è specifico di Linux, è
2478   disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2479   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2480
2481 \end{basedescript}
2482
2483 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2484 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2485
2486 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2487 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2488 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2489 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2490 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2491 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2492 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2493 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2494 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2495
2496 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2497 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2498 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2499 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2500 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2501 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2502 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2503 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2504
2505
2506 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2507 % \label{sec:file_ioctl}
2508
2509 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2510 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2511 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2512 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2513 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2514 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2515 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2516 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2517
2518 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2519 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2520 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2521
2522 \begin{funcproto}{
2523 \fhead{sys/ioctl.h}
2524 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2525 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2526 }
2527
2528 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2529   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2530   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2531   valori:
2532   \begin{errlist}
2533   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2534     validi.
2535   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2536     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2537     riferimento \param{fd}.
2538   \end{errlist}
2539   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2540 \end{funcproto}
2541
2542
2543 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2544 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2545 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2546 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2547 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2548 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2549 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2550 omesso, e per altre è un semplice intero.
2551
2552 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2553 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2554 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2555 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2556 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2557
2558 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2559 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2560 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2561 \begin{itemize*}
2562 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2563 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2564 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2565 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2566 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2567 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2568   speaker.
2569 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2570   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2571     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2572     successivi (come ext3).}
2573 \end{itemize*}
2574
2575 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2576 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2577 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2578 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2579 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2580   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2581   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2582   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2583   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2584   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2585 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2586 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2587 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2588 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2589 imprevedibili o indesiderati.
2590
2591 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2592 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2593 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2594 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2595 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2596 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2597 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2598
2599 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2600 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2601 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2602 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2603 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2604 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2605 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2606   questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2607   un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2608 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2609   in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2610   richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2611 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2612   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2613   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2614   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2615   nullo abilita).
2616 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2617   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2618   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2619   disabilita, un valore non nullo abilita).
2620 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2621   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2622   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2623   valore specifica il PID del processo.
2624 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2625   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2626   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2627   scritto il PID del processo.
2628 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2629   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2630   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2631   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2632   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2633   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2634 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2635   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2636   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2637   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2638 \end{basedescript}
2639
2640 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2641 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2642
2643 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2644 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2645 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2646 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2647 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2648 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2649 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2650 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2651 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2652 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2653 due funzioni sono rimaste.
2654
2655 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2656 % (bassa/bassissima priorità)
2657 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2658 %  EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2659 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2660
2661 % \chapter{}
2662
2663 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2664 \label{sec:files_std_interface}
2665
2666
2667 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2668 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2669 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2670
2671 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2672 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2673 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2674 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2675 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2676 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2677
2678 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2679 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2680 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2681 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2682
2683
2684 \subsection{I \textit{file stream}}
2685 \label{sec:file_stream}
2686
2687 \itindbeg{file~stream}
2688
2689 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2690 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2691 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2692
2693 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2694 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2695 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2696 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2697 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2698 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2699 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2700
2701 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2702 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2703 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2704 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2705 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2706 all'ottenimento della massima efficienza.
2707
2708 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2709 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2710 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2711 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2712 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2713 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2714
2715 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2716 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2717 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2718 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2719 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2720 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2721 accesso.
2722
2723 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2724 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2725 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2726 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2727 indicatori di stato e di fine del file.
2728
2729 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2730 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2731 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2732 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2733 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2734 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2735 file \headfile{stdio.h}.
2736
2737 \itindend{file~stream}
2738
2739 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2740 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2741 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2742 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2743 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2744
2745 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2746 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2747     stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2748   ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2749   prende i caratteri dalla tastiera.
2750 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2751     stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2752   uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2753   scrive sullo schermo.
2754 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2755     stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2756   errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2757   terminale e scrive sullo schermo.
2758 \end{basedescript}
2759
2760 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2761 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2762 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2763 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2764 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2765 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2766 usare la funzione \func{freopen}.
2767
2768
2769 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2770 \label{sec:file_buffering}
2771
2772 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2773 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2774 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2775 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2776 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2777 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2778 file.
2779
2780 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2781 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2782 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2783 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2784 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2785 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2786 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2787 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2788 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2789 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2790 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2791
2792 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2793 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2794 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2795 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2796 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2797 input/output sul terminale.
2798
2799 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2800 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2801 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2802 \begin{itemize}
2803 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2804   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2805   (effettuando immediatamente una \func{write});
2806 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2807   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2808   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2809   quando si preme invio);
2810 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2811   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2812 \end{itemize}
2813
2814 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2815 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2816 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2817 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2818
2819 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2820 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2821 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2822 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2823 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2824 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2825   buffered} altrimenti.
2826
2827 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2828   output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2829 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2830 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2831 dispositivo scelto.
2832
2833 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2834 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2835 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2836 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2837 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2838 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2839 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2840
2841 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2842 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2843 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2844 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2845 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2846 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2847 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2848 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2849
2850
2851
2852 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2853 \label{sec:file_fopen}
2854
2855 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2856 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2857   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2858   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2859
2860 \begin{funcproto}{
2861 \fhead{stdio.h}
2862 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2863 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2864 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2865 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2866 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2867 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2868 }
2869
2870 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2871   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2872   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2873   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2874   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2875   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2876   \func{freopen}.}
2877 \end{funcproto}
2878
2879 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2880 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2881 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2882 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2883 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2884
2885 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2886 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2887 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2888 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2889 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2890
2891 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2892 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2893 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2894 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
2895 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2896
2897 \begin{table}[htb]
2898   \centering
2899   \footnotesize
2900   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2901     \hline
2902     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2903     \hline
2904     \hline
2905     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2906                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2907                  file.\\ 
2908     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2909                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2910                  file.\\ 
2911 %    \hline
2912     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2913                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2914                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2915                  file.\\ 
2916     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2917                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2918                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2919                  file.\\ 
2920 %    \hline
2921     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2922                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2923                  scrittura.\\
2924     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2925                  \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2926                  scrittura.\\
2927     \hline
2928     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2929     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2930     \hline
2931   \end{tabular}
2932   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2933     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2934   \label{tab:file_fopen_mode}
2935 \end{table}
2936
2937 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2938 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2939 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2940 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2941 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2942 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2943 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2944 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2945
2946 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
2947 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2948 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2949 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2950 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2951 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2952
2953 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2954 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2955 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2956 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2957 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2958
2959 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2960 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2961 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2962 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2963 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2964 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2965 chiusura dello \textit{stream}.
2966
2967 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2968 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2969 impostati al valore
2970 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2971 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2972 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2973 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2974 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2975 operazione di I/O sul file.
2976
2977 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2978 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2979 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2980 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2981 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2982 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2983
2984 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2985 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2986 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2987 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2988 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2989 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2990 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2991
2992 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2993 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2994
2995 \begin{funcproto}{
2996 \fhead{stdio.h}
2997 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2998 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2999 }
3000
3001 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3002   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
3003   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
3004   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
3005   \func{write} o \func{fflush}).
3006 }
3007 \end{funcproto}
3008
3009 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
3010 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
3011 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
3012 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
3013 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
3014 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
3015 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
3016
3017 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
3018 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
3019 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
3020
3021 \begin{funcproto}{
3022 \fhead{stdio.h}
3023 \fdecl{int fcloseall(void)}
3024 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
3025 }
3026
3027 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3028   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
3029 \end{funcproto}
3030
3031 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
3032 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
3033 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
3034 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
3035 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
3036 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
3037
3038
3039 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
3040 \label{sec:file_io}
3041
3042 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
3043 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
3044 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
3045 input/output non formattato:
3046 \begin{itemize}
3047 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
3048    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
3049    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
3050 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
3051    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
3052    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
3053 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
3054    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
3055    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
3056 \end{itemize}
3057 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
3058 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
3059
3060 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
3061 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
3062 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
3063
3064 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
3065 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
3066 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
3067 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
3068 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
3069 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
3070 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
3071 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
3072
3073 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
3074 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
3075 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
3076 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
3077
3078 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
3079 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
3080 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
3081 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
3082 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
3083 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
3084
3085 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
3086 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
3087 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
3088 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
3089 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
3090 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
3091
3092 \begin{funcproto}{
3093 \fhead{stdio.h}
3094 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
3095 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
3096 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
3097 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
3098 }
3099
3100 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
3101   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
3102 \end{funcproto}
3103
3104 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
3105 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
3106 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
3107 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
3108
3109 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
3110 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
3111
3112 \begin{funcproto}{
3113 \fhead{stdio.h}
3114 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
3115 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
3116   \textit{stream}.}
3117 }
3118
3119 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
3120 \end{funcproto}
3121
3122 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3123 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3124 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3125 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3126 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3127 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3128 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3129
3130 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3131 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3132 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3133 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3134 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3135 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3136 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3137 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3138
3139 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3140 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3141 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3142 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3143 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3144 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3145 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3146 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3147 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3148 l'offset rispetto al record corrente.
3149
3150 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3151 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3152 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3153 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3154 rispettivi prototipi sono:
3155
3156 \begin{funcproto}{
3157 \fhead{stdio.h}
3158 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3159 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
3160 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3161 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
3162 }
3163
3164 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3165   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3166   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3167 \end{funcproto}
3168
3169 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3170 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3171 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3172 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3173 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
3174 successo e -1 in caso di errore.
3175
3176 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3177 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3178 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3179 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3180
3181 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3182 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3183
3184 \begin{funcproto}{
3185 \fhead{stdio.h}
3186 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
3187 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
3188 }
3189
3190 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3191   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
3192 \end{funcproto}
3193
3194 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3195 \textit{stream}.
3196
3197 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3198 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3199 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3200 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3201 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3202 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3203
3204 \begin{funcproto}{
3205 \fhead{stdio.h}
3206 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3207 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
3208 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3209 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
3210 }
3211
3212 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3213   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3214 \end{funcproto}
3215
3216 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3217 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3218 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3219 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3220 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3221 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3222 sistemi più moderni.
3223
3224 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3225
3226
3227
3228 \subsection{Input/output binario}
3229 \label{sec:file_binary_io}
3230
3231 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3232 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3233 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3234 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3235 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3236 i rispettivi prototipi sono:
3237
3238 \begin{funcproto}{
3239 \fhead{stdio.h} 
3240 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3241 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
3242 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
3243   FILE *stream)}
3244 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
3245 }
3246
3247 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3248   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3249   richiesto.}
3250 \end{funcproto}
3251
3252 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3253 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
3254 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3255 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3256 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3257 chiamata del tipo:
3258 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3259 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3260 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3261 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3262 si avrà allora una chiamata tipo:
3263 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3264 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3265 elemento. 
3266
3267 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3268 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3269 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3270 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3271
3272 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3273 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3274 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3275 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3276 corrispondente alla quantità di dati letti).
3277
3278 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3279 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3280 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3281 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3282 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3283 problema.
3284
3285 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3286 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3287 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3288 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3289 stesso programma che li ha prodotti.
3290
3291 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3292 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3293 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3294 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3295 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3296 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3297 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3298 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3299
3300 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3301 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3302 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3303 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3304 eventuali differenze.
3305
3306 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3307 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3308 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3309 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3310 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3311
3312 \begin{funcproto}{
3313 \fhead{stdio.h}
3314 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3315     nmemb, FILE *stream)}
3316 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3317     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3318 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3319   implicito sullo stesso.} 
3320 }
3321
3322 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3323   \func{fwrite}.}
3324 \end{funcproto}
3325
3326 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3327
3328
3329 \subsection{Input/output a caratteri}
3330 \label{sec:file_char_io}
3331
3332 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3333 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3334 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3335 rispettivi prototipi sono:
3336
3337 \begin{funcproto}{
3338 \fhead{stdio.h}
3339 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3340 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3341 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3342 \fdecl{int getchar(void)}
3343 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.} 
3344 }
3345
3346 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3347   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3348 \end{funcproto}
3349
3350 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3351 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3352 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3353 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3354
3355 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3356 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3357 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3358 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3359 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3360 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3361 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3362 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3363
3364 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3365 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3366 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3367 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3368 precedenza nel tipo di argomento).
3369
3370 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3371 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3372 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3373 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3374
3375 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3376 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3377 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3378 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3379 è:
3380
3381 \begin{funcproto}{
3382 \fhead{stdio.h} 
3383 \fhead{wchar.h}
3384 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3385 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3386 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3387 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3388 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.} 
3389 }
3390
3391 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3392   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3393 \end{funcproto}
3394
3395 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3396 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3397 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3398 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3399
3400 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3401 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3402 loro prototipi sono:
3403
3404 \begin{funcproto}{
3405 \fhead{stdio.h} 
3406 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3407 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3408 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3409 \fdecl{int putchar(int c)}
3410 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3411 }
3412
3413 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3414   \val{EOF} per un errore.}  
3415 \end{funcproto}
3416
3417 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3418 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3419 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3420 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3421 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3422 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3423 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3424 ritorno è \val{EOF}.
3425
3426 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3427 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3428 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3429 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3430 il lock implicito dello \textit{stream}.
3431
3432 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3433 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3434 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3435
3436 \begin{funcproto}{
3437 \fhead{stdio.h} 
3438 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3439 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3440 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3441 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3442 }
3443
3444 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3445   \val{EOF} per un errore.}
3446 \end{funcproto}
3447
3448 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3449 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3450 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3451 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3452
3453 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3454 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3455 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3456 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3457 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3458 viene dopo.
3459
3460 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3461 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3462 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3463 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3464
3465 \begin{funcproto}{
3466 \fhead{stdio.h}
3467 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3468 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3469 }
3470
3471 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3472   errore.}  
3473 \end{funcproto}
3474  
3475 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3476 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3477 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3478 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3479 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3480 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3481
3482 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3483 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3484 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3485 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3486 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3487 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3488
3489 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3490 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3491 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3492
3493 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3494 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3495 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3496 rimandati indietro vengono scartati.
3497
3498
3499 \subsection{Input/output di linea}
3500 \label{sec:file_line_io}
3501
3502 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3503 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3504 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3505 caratteristiche più controverse.
3506
3507 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3508 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3509 prototipi sono:
3510
3511 \begin{funcproto}{
3512 \fhead{stdio.h}
3513 \fdecl{char *gets(char *string)}
3514 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3515 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3516 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3517 }
3518
3519 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3520   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3521 \end{funcproto}
3522  
3523 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3524 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3525 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3526 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3527 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3528 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3529 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3530 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3531 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3532 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3533
3534 \itindbeg{buffer~overflow}
3535
3536 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3537 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3538 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3539 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3540 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3541 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3542 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3543   nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3544
3545 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3546 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3547 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3548 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3549 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3550 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3551 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3552 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3553
3554 \itindend{buffer~overflow}
3555
3556 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3557 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3558 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3559 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3560 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3561 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3562 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3563 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3564 successiva.
3565
3566 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3567 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3568 rispettivi prototipi sono:
3569
3570 \begin{funcproto}{
3571 \fhead{stdio.h}
3572 \fdecl{int puts(char *string)}
3573 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3574 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3575 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.} 
3576 }
3577
3578 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3579   per un errore.}
3580 \end{funcproto}
3581
3582 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3583 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3584 la scrive sul file indicato da \param{stream}.  Dato che in questo caso si
3585 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3586 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3587   output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3588 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3589 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3590 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3591
3592 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3593 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3594 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3595 loro prototipi sono:
3596
3597 \begin{funcproto}{
3598 \fhead{wchar.h}
3599 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3600 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3601 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3602 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3603 }
3604
3605 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3606   negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3607   fine del file.}
3608 \end{funcproto}
3609
3610
3611 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3612 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3613 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3614 da \param{stream}.  Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3615 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3616 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3617 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3618
3619 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
3620 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3621 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3622 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3623 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3624 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3625 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3626
3627 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3628 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3629 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3630 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3631 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3632 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3633 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3634 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3635 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3636 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3637
3638 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
3639 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3640 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3641 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3642 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3643 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3644 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3645
3646 \begin{funcproto}{
3647 \fhead{stdio.h}
3648 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3649 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.} 
3650 }
3651
3652 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3653   per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3654 \end{funcproto}
3655
3656 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3657 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3658 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3659 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3660 stringa da leggere. 
3661
3662 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3663 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3664 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3665 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3666 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3667 dimensioni del buffer suddetto.
3668
3669 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3670 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3671 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3672 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3673 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3674 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3675
3676 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3677 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3678 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3679 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3680 essere il seguente: 
3681 \includecodesnip{listati/getline.c} 
3682 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3683 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3684
3685 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3686 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3687 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3688 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3689 il \textit{newline} per terminare la stringa.  Se si è alla fine del file e
3690 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3691 $-1$.
3692
3693 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3694 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3695 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3696 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3697
3698 \begin{funcproto}{
3699 \fhead{stdio.h}
3700 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} 
3701 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3702   scelto.} 
3703 }
3704
3705 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3706   \func{getline}.}
3707 \end{funcproto}
3708
3709 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3710 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3711 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3712 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3713 dell'argomento \param{delim}.
3714
3715
3716 \subsection{Input/output formattato}
3717 \label{sec:file_formatted_io}
3718
3719 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3720 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3721 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3722 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3723
3724 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3725 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3726 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3727
3728 \begin{funcproto}{
3729 \fhead{stdio.h} 
3730 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3731 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3732 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3733 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.} 
3734 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)} 
3735 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3736 }
3737
3738 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3739   valore negativo per un errore.}  
3740 \end{funcproto}
3741
3742
3743 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3744 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
3745 variabile e dipende dal formato stesso.
3746
3747 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3748 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3749 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3750 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3751 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3752 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3753 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3754
3755 \begin{funcproto}{
3756 \fhead{stdio.h}
3757 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)} 
3758 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3759 }
3760
3761 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3762   \func{sprintf}.}
3763 \end{funcproto}
3764
3765 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3766 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3767 non possa essere sovrascritto.
3768
3769 \begin{table}[!htb]
3770   \centering
3771   \footnotesize
3772   \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3773     \hline
3774     \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3775     \hline
3776     \hline
3777    \cmd{\%d} &\ctyp{int}         & Stampa un numero intero in formato decimale
3778                                    con segno.\\
3779    \cmd{\%i} &\ctyp{int}         & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3780    \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3781    \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3782                                    decimale senza segno.\\
3783    \cmd{\%x}, 
3784    \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3785                                    rispettivamente con lettere minuscole e
3786                                    maiuscole.\\
3787    \cmd{\%f} &\ctyp{double}      & Stampa un numero in virgola mobile con la
3788                                    notazione a virgola fissa.\\
3789    \cmd{\%e}, 
3790    \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3791                               notazione esponenziale, rispettivamente con
3792                               lettere minuscole e maiuscole.\\
3793    \cmd{\%g}, 
3794    \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3795                               notazione più appropriate delle due precedenti,
3796                               rispettivamente con lettere minuscole e
3797                               maiuscole.\\
3798    \cmd{\%a}, 
3799    \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3800                               notazione esadecimale frazionaria.\\
3801    \cmd{\%c} &\ctyp{int}    & Stampa un carattere singolo.\\
3802    \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3803    \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3804    \cmd{\%n} &\ctyp{\&int}  & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3805    \cmd{\%\%}&              & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3806     \hline
3807   \end{tabular}
3808   \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3809     stringa di formato di \func{printf}.} 
3810   \label{tab:file_format_spec}
3811 \end{table}
3812
3813 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3814 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3815 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3816 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
3817 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
3818 specificato in \param{format}.
3819
3820 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3821 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
3822 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3823 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3824 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3825
3826 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3827 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3828 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3829 \begin{Example}
3830 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3831 \end{Example}
3832 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3833 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3834 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3835 specificati in questo ordine:
3836 \begin{itemize*}
3837 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3838   ``\val{\$}''),
3839 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3840   tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3841   conversione,
3842 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3843   seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3844   (un altro numero decimale),
3845 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3846   valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3847 \end{itemize*}
3848
3849 \begin{table}[htb]
3850   \centering
3851   \footnotesize
3852   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3853     \hline
3854     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3855     \hline
3856     \hline
3857     \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3858     \val{0}  & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3859     \val{-}  & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3860     \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore 
3861                positivo.\\
3862     \val{+}  & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3863     \hline
3864   \end{tabular}
3865   \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3866   \label{tab:file_format_flag}
3867 \end{table}
3868
3869 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3870 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3871 \func{printf} e nella documentazione della \acr{glibc}.
3872
3873 \begin{table}[htb]
3874   \centering
3875   \footnotesize
3876   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3877     \hline
3878     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3879     \hline
3880     \hline
3881     \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3882                segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di 
3883                tipo \ctyp{char}.\\
3884     \cmd{h}  & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o 
3885                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3886                è di tipo \ctyp{short}.\\
3887     \cmd{l}  & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o 
3888                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3889                è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3890                sono in formato esteso.\\ 
3891     \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o 
3892                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3893                è di tipo \ctyp{long long}.\\
3894     \cmd{L}  & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3895                \ctyp{double}.\\
3896     \cmd{q}  & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3897     \cmd{j}  & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o 
3898                \ctyp{uintmax\_t}.\\
3899     \cmd{z}  & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o 
3900                \ctyp{ssize\_t}.\\
3901     \cmd{t}  & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
3902     \hline
3903   \end{tabular}
3904   \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3905   \label{tab:file_format_type}
3906 \end{table}
3907
3908 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3909 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3910 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3911 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3912
3913 \begin{funcproto}{
3914 \fhead{stdio.h}
3915 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3916 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.} 
3917 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3918 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3919 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3920 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3921 }
3922
3923 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3924   valore negativo per un errore.}  
3925 \end{funcproto}
3926
3927 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3928 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3929 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3930 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
3931 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
3932 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
3933 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3934
3935 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3936 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3937 scritti sulla stringa di destinazione:
3938
3939 \begin{funcproto}{
3940 \fhead{stdio.h}
3941 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3942 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3943 }
3944
3945 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3946   \func{vsprintf}.}
3947 \end{funcproto}
3948
3949 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
3950
3951
3952 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3953 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3954 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3955 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3956 sono:
3957
3958 \begin{funcproto}{
3959 \fhead{stdio.h}
3960 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3961 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3962 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3963 }
3964
3965 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3966   \func{vsprintf}.}
3967 \end{funcproto}
3968
3969
3970 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3971 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3972 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3973 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
3974 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
3975 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
3976 più, onde evitare \textit{memory leak}.
3977
3978 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3979
3980 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3981 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3982 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3983 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3984 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3985 dettaglio nella documentazione della \acr{glibc}.
3986
3987 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3988 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3989 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3990 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3991
3992 \begin{funcproto}{
3993 \fhead{stdio.h}
3994 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3995 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
3996 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3997 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. } 
3998 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3999 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.} 
4000 }
4001
4002 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
4003   \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
4004 \end{funcproto}
4005
4006 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
4007 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
4008 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
4009 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
4010 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
4011 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
4012 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
4013 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
4014 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
4015 corrispondenza.
4016
4017 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
4018 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
4019 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
4020 caratteristica.
4021
4022 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
4023 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
4024 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
4025 \func{printf}, ma ci sono varie differenze.  Le funzioni di input infatti sono
4026 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
4027 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
4028 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
4029 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
4030 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
4031 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale della
4032 \acr{glibc}.
4033
4034 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
4035 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
4036 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
4037 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
4038 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
4039 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
4040
4041 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
4042 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
4043 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
4044 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
4045 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
4046 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
4047 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
4048 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
4049 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
4050   \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
4051   analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
4052   \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o 
4053 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
4054   parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
4055   manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
4056
4057
4058
4059 \section{Funzioni avanzate}
4060 \label{sec:file_stream_adv_func}
4061
4062 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
4063 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
4064 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
4065 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
4066 programmazione \textit{multi-thread}.
4067
4068
4069 \subsection{Le funzioni di controllo}
4070 \label{sec:file_stream_cntrl}
4071
4072 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
4073 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
4074 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
4075 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
4076 quest'ultimo; il suo prototipo è:
4077
4078 \begin{funcproto}{
4079 \fhead{stdio.h}
4080 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
4081 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.} 
4082 }
4083
4084 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
4085   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
4086   se \param{stream} non è valido.}
4087 \end{funcproto}
4088
4089 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
4090 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
4091 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
4092 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo.  La
4093 \acr{glibc} però supporta alcune estensioni derivate da Solaris, che
4094 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
4095
4096 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
4097 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
4098 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
4099 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
4100 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
4101 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
4102 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
4103 prototipi sono:
4104
4105 \begin{funcproto}{
4106 \fhead{stdio\_ext.h}
4107 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
4108 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.} 
4109 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
4110 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.} 
4111 }
4112
4113 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4114   consentita, non sono previste condizioni di errore.}  
4115 \end{funcproto}
4116
4117 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
4118
4119 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
4120 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
4121 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
4122 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
4123
4124 \begin{funcproto}{
4125 \fhead{stdio\_ext.h}
4126 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
4127 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
4128 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
4129 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
4130 }
4131
4132 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4133   consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4134 \end{funcproto}
4135
4136 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
4137 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
4138 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
4139 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
4140 di scrittura.
4141
4142 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
4143 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
4144 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
4145 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
4146 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
4147 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
4148
4149
4150 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
4151 \label{sec:file_buffering_ctrl}
4152
4153 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
4154 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
4155 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
4156 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
4157 vengono allocati automaticamente.
4158
4159 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
4160 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
4161 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
4162 cui prototipo è:
4163
4164 \begin{funcproto}{
4165 \fhead{stdio.h}
4166 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
4167 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.} 
4168 }
4169
4170 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
4171   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}  
4172 \end{funcproto}
4173
4174 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
4175 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
4176 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
4177 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
4178 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
4179 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo