c5b777cee63903de863bbaed5e71f3afefc8d079
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2013 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
18 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
19 funzionalità evolute come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
33 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
34 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
35 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
36 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
37 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
38 modalità con cui consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
50
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare \itindex{inode}
55 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
56 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
57 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
58 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
59 comunicazione impedendo ogni ulteriore operazione.
60
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato \textit{file descriptor}.  Quando un
63 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
64 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
65 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
68 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
69 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
70 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
71 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
72 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
73 \itindex{file~table} \textit{file table}.
74
75 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
76 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
77 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
78 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
79 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
80 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
81   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
82   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
83   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
84 ha aperto.
85
86 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
87 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
88 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
89 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
90 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
91 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
92 gestione dei file, ed in particolare:
93 \begin{itemize*}
94 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
95   \var{f\_flags}.
96 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
97   \var{f\_pos}.
98 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
99   \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
100     realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
101     a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
102     struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104   usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105     descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
110   \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112   l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
113   \label{fig:file_proc_file}
114 \end{figure}
115
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \itindex{file~table} \textit{file table}, la
119 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
120 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
121
122 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
123 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
124 struttura \kstruct{files\_struct} essa infatti contiene alcune informazioni
125 essenziali come:
126 \begin{itemize*}
127 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
128 \item il numero di file aperti dal processo.
129 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
130   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
131   \itindex{file~table} \textit{file table}.
132 \end{itemize*}
133
134 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
135 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
136 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
137 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
138 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
139 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
140 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
141 operazioni necessarie.
142
143 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
144 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
145 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
146 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
147
148 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
149 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
150 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
151 valori 0, 1 e 2.  Il primo file è sempre associato al cosiddetto
152 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
153 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
154 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
155 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
156 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
157 dati relativi agli errori.
158
159 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
160 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
161 interoperabilità.  Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
162 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
163 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1
164 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
165 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
166
167 \begin{table}[htb]
168   \centering
169   \footnotesize
170   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
171     \hline
172     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
173     \hline
174     \hline
175     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello
176                              \itindex{standard~input} \textit{standard
177                                input}.\\ 
178     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
179                              \itindex{standard~output} \textit{standard
180                                output}.\\
181     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
182       error}.\\
183     \hline
184   \end{tabular}
185   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
186   \label{tab:file_std_files}
187 \end{table}
188
189 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
190 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
191 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
192 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
193 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
194 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
195 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
196 file.  Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
197 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
198 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
199 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
200 più volte lo stesso file.
201
202 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
203   table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
204 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
205 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
206 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
207 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
208   table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
209 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
210
211 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
212 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
213 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
214 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
215 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
216 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
217 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
218
219
220
221 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
222 \label{sec:file_open_close}
223
224 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
225 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
226 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
227 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
228   nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
229   \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
230
231 \begin{funcproto}{
232 \fhead{sys/types.h}
233 \fhead{sys/stat.h}
234 \fhead{fcntl.h}
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
236 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
237
238 \fdesc{Apre un file.} 
239 }
240
241 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
242   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
243   \begin{errlist}
244   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
245     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
246   \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
247     segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
248   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
249     l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
250   \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
251     standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
252   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
253     risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
254     \param{pathname} è un collegamento simbolico.
255   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
256     dispositivo che non esiste.
257   \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
258     \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente. 
259   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
260     \param{pathname} non è una directory.
261   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
262     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
263     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
264     assente.
265   \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
266     amministratori né proprietari del file.
267   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
268     di un programma in esecuzione.
269   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
270     richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
271   \end{errlist}
272   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
273   \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
274   \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
275 \end{funcproto}
276
277 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
278 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
279 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
280 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
281 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
282 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
283 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
284 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
285 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
286
287 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
288 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
289 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
290 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
291 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
292 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
293 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
294   input} dato che avrà il file descriptor 0.
295
296 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
297 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
298 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
299 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
300 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
301 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
302 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
303 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
304 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
305
306 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
307 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
308 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
309 significato specifico.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
310 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
311 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
312 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
313 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
314
315 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
316 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
317 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
318 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
319 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
320 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
321
322 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
323 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
324 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
325 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
326 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
327 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
328
329 \begin{table}[htb]
330   \centering
331   \footnotesize
332     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
333       \hline
334       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
335       \hline
336       \hline
337       \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
338       \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
339       \const{O\_RDWR}   & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
340       \hline
341     \end{tabular}
342     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
343       nell'apertura di un file.}
344   \label{tab:open_access_mode_flag}
345 \end{table}
346
347 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
348 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
349 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
350 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
351 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
352   su Linux, dove i valori per le tre costanti di
353   tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
354   valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
355   standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
356   driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
357   e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
358   o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
359   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
360
361 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
362 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
363 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
364 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
365 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
366 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
367 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
368 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
369   definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
370   \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
371   un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
372   alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
373
374 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
375   apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
376   \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
377   fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
378   più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
379   cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
380 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
381 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
382 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
383 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
384 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
385
386 \begin{table}[htb]
387   \centering
388   \footnotesize
389     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
390       \hline
391       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
392       \hline
393       \hline
394       \const{O\_CREAT} &    Se il file non esiste verrà creato, con le regole
395                             di titolarità del file viste in
396                             sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
397                             imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
398                             essere sempre specificato.\\  
399       \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
400                             chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
401                             kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
402                             serve ad evitare dei possibili
403                             \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
404                             \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} 
405                             viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
406                             associato ad una unità a nastri. Non viene
407                             usato al di fuori dell'implementazione di
408                             \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
409                             definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
410       \const{O\_EXCL}     & Deve essere usato in congiunzione con
411                             \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
412                             indicato da \param{pathname} non sia già esistente
413                             (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
414                             un errore di \errcode{EEXIST}).\\
415       \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
416                             l'apertura di file molto grandi, la cui
417                             dimensione non è rappresentabile con la versione a
418                             32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
419                             l'interfaccia alternativa abilitata con la
420                             macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
421                             illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
422                             sempre preferibile usare la conversione automatica
423                             delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
424                             macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
425                             questo flag.\\
426       \const{O\_NOCTTY}   & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
427                             di terminale, questo non diventerà il terminale di
428                             controllo, anche se il processo non ne ha ancora
429                             uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ 
430       \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
431                             la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
432                             aggiunta in Linux a partire dal kernel
433                             2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
434                             la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
435       \const{O\_TRUNC}    & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
436                             ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
437                             una fifo viene ignorato, negli altri casi il
438                             comportamento non è specificato.\\ 
439       \hline
440     \end{tabular}
441     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
442       un file.} 
443   \label{tab:open_time_flag}
444 \end{table}
445
446
447 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
448 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
449 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
450 % https://lwn.net/Articles/558598/
451
452 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
453     Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
454   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
455   bloccato nelle risposte all'attacco.}
456
457 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
458 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
459   flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
460   \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
461   sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
462   esistono con Linux.}  Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
463 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
464 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
465 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
466 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
467 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
468 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
469 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
470 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
471   file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
472   \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
473   nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
474     lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
475
476 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
477 indefinito.  Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
478 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
479 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
480 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
481 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
482 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.  Quando viene creato un nuovo file
483 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
484 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
485 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
486 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
487
488 \begin{table}[!htb]
489   \centering
490   \footnotesize
491     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
492       \hline
493       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
494       \hline
495       \hline
496       \const{O\_APPEND}  & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
497                            \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
498                            sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
499                            sulla sua coda, per cui quanto si scrive
500                            viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
501                            NFS questa funzionalità non è supportata 
502                            e viene emulata, per questo possono verificarsi
503                            \itindex{race~condition} \textit{race 
504                              condition} con una sovrapposizione dei dati se
505                            più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
506       \const{O\_ASYNC}   & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
507                            sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
508                            impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
509                            tutte le volte che il file è pronto per le
510                            operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
511                            può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
512                            e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
513                            un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
514                            in fase di apertura del file, deve
515                            invece essere attivato successivamente con
516                            \func{fcntl}.\\
517       \const{O\_CLOEXEC}&  Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
518                            \textit{close-on-exec} (vedi
519                            sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è 
520                            previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
521                            introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
522                            \itindex{race~condition} \textit{race condition}
523                            che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
524                            fra l'apertura del file e l'impostazione della
525                            suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
526                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
527       \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
528                            \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
529                            scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
530                            kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
531                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
532                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
533       \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
534                            file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
535                            molti filesystem questa funzionalità non è
536                            disponibile per il singolo file ma come opzione
537                            generale da specificare in fase di
538                            montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed 
539                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
540                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
541       \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
542                            le operazioni di I/O (vedi
543                            sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
544                            il fallimento delle successive operazioni di
545                            lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
546                            per la loro esecuzione immediata, invece del 
547                            blocco delle stesse in attesa di una successiva
548                            possibilità di esecuzione come avviene
549                            normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
550                            fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
551                            si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
552                            una \func{ioctl} (vedi
553                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
554       \const{O\_NDELAY}  & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
555                            origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
556                            una \func{read} con un valore nullo e non con un
557                            errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
558                            come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
559                            di un valore nullo da parte di \func{read} ha 
560                            il significato di una \textit{end-of-file}.\\
561       \const{O\_SYNC}    & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
562                            scrittura si bloccherà fino alla conferma
563                            dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
564                            sull'hardware sottostante (in questo significato
565                            solo dal kernel 2.6.33).\\
566       \const{O\_DSYNC}   & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
567                            scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
568                            dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
569                            ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
570                            questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
571       \hline
572     \end{tabular}
573     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
574       un file.} 
575   \label{tab:open_operation_flag}
576 \end{table}
577
578 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
579 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
580 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
581 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
582 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
583 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
584 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
585   status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
586 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
587 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
588 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
589 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
590
591 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
592 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
593 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
594   ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
595 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
596 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
597 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
598 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
599 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
600 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
601
602 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
603 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
604   SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
605   FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
606 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
607 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
608 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
609 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
610 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
611 \errval{EINVAL}.
612
613 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
614 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
615 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
616 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
617 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
618 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
619 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
620 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
621 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
622 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
623
624 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
625 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
626 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
627 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
628 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
629   del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
630   causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
631 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
632
633 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
634 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
635 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
636 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}. 
637
638 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
639 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
640 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
641 informazioni ausiliarie come i tempi dei file.  Il secondo, da usare in
642 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
643 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
644 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
645 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
646 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
647 sincronizzazione non sia completata.
648
649 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
650 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
651 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
652 sinonimi di \const{O\_SYNC}.  Con il kernel 2.6.33 il significato di
653 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
654 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
655 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
656 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
657 comportamento diverso.  Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
658 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
659 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
660
661 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella  
662 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ 
663
664 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
665 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
666 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
667 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
668 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
669
670 \begin{funcproto}{
671 \fhead{fcntl.h}
672 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
673 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
674 }
675
676 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
677   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
678   \func{open}.}
679 \end{funcproto}
680
681 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
682 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
683   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
684 vecchi programmi.
685
686 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
687 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
688 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
689 disponibile; il suo prototipo è:
690
691 \begin{funcproto}{
692 \fhead{unistd.h}
693 \fdecl{int close(int fd)}
694 \fdesc{Chiude un file.} 
695 }
696
697 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
698   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
699   \begin{errlist}
700     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
701     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
702   \end{errlist}
703   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
704 \end{funcproto}
705
706 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
707 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
708 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
709 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
710 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
711 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
712 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
713 su disco quest'ultimo viene cancellato.
714
715 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
716 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
717 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
718 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
719 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
720 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
721 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
722 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
723 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
724 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
725   comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
726
727 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
728 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
729 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
730 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
731 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
732 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
733 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
734 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
735 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
736
737
738 \subsection{La gestione della posizione nel file}
739 \label{sec:file_lseek}
740
741 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
742 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
743 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
744 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
745 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
746 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
747
748 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
749 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
750 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
751 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
752
753 \begin{funcproto}{
754 \fhead{sys/types.h}
755 \fhead{unistd.h}
756 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
757 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
758 }
759
760 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
761   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
762   \begin{errlist}
763     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
764     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
765     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
766       tipo \type{off\_t}.
767   \end{errlist}
768   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
769 \end{funcproto}
770
771 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
772 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
773 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
774 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
775   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
776   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
777   \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
778 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
779 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
780 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
781 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
782 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
783
784 \begin{table}[htb]
785   \centering
786   \footnotesize
787   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
788     \hline
789     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
790     \hline
791     \hline
792     \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
793                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
794                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
795     \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
796                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
797                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
798                         corrente.\\
799     \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
800                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
801                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
802                         corrente.\\
803     \hline
804     \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
805                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
806                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
807                         (dal kernel 3.1).\\
808     \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
809                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
810                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
811                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
812                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
813                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
814     \hline
815   \end{tabular}  
816   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
817   \label{tab:lseek_whence_values}
818 \end{table}
819
820
821 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
822 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
823
824 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
825 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
826 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
827 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
828 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
829   condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
830
831 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
832 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
833 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
834 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
835 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
836   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
837 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
838 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
839 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
840
841 \itindbeg{sparse~file} 
842
843 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
844 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
845 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
846 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
847 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
848 file.  Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
849 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
850 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
851 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
852 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
853
854 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
855 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
856   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
857 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
858 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
859 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
860 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
861 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
862 quella parte del file.
863
864 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
865 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
866 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
867 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
868 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
869 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
870 effettivamente allocati per il file.
871
872 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
873 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
874 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
875 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
876 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
877 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
878 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
879 sez.~\ref{sec:file_stat}.
880
881 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
882 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
883 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
884 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
885 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
886 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
887 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
888 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
889 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
890 inutilizzato.
891
892 \itindend{sparse~file}
893
894 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
895 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
896 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
897 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
898 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
899 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
900   file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
901 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
902 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
903 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
904 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
905 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
906 di \param{offset}.
907
908 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
909 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
910 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
911 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
912 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
913 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
914 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
915 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
916 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
917
918
919
920 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
921 \label{sec:file_read}
922
923 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
924 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
925 il cui prototipo è:
926
927 \begin{funcproto}{
928 \fhead{unistd.h}
929 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
930 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
931 }
932
933 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
934   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
935   \begin{errlist}
936   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
937     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
938   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
939   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
940     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
941     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
942     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
943     allineato.
944   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
945     essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
946   \end{errlist}
947   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
948   significato generico.}
949 \end{funcproto}
950
951 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
952 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
953 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
954 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
955 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
956 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
957 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
958 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
959
960 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
961 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
962 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
963 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
964 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
965 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
966 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
967 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
968 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
969
970 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
971 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
972 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
973 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
974 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
975 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
976 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
977 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
978
979 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
980 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
981 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
982 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
983 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
984 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
985 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
986
987 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
988 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
989 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
990 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
991 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
992 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
993 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
994 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
995 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
996   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
997   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
998   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
999   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1000 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1001 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1002
1003 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1004 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1005 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1006   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1007   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1008   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1009   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1010 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1011 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1012 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1013
1014 \begin{funcproto}{
1015 \fhead{unistd.h}
1016 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1017 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1018 }
1019
1020 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1021   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1022   \func{read} e \func{lseek}.}
1023 \end{funcproto}
1024
1025 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1026 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1027 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1028 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1029 modificare la posizione corrente.
1030
1031 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1032 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1033 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1034 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1035 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).  Il valore di
1036 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1037
1038 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1039 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1040 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1041 \begin{Example}
1042 #define _XOPEN_SOURCE 500
1043 \end{Example}
1044 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1045 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1046
1047
1048
1049 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1050 \label{sec:file_write}
1051
1052 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1053 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1054 prototipo è:
1055
1056 \begin{funcproto}{
1057 \fhead{unistd.h}
1058 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1059 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1060 }
1061
1062 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1063   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1064   \begin{errlist}
1065   \item[\errcode{EAGAIN}] ci siq sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1066     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1067   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1068     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1069     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1070   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1071     potuto scrivere qualsiasi dato.
1072   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1073     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1074   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1075     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1076     \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1077     funzione ritorna questo errore.
1078   \end{errlist}
1079   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1080   \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1081 \end{funcproto}
1082
1083
1084 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1085 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1086 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1087 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1088 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1089 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1090 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1091 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1092
1093 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1094 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1095 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1096 stesso comportamento di \func{read}.
1097
1098 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1099 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1100 nel file, il suo prototipo è:
1101
1102 \begin{funcproto}{
1103 \fhead{unistd.h}
1104 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1105 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1106 }
1107
1108 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1109   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1110   \func{write} e \func{lseek}.}
1111 \end{funcproto}
1112
1113 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1114
1115
1116 \section{Caratteristiche avanzate}
1117 \label{sec:file_adv_func}
1118
1119 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1120 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1121 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1122 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1123 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1124
1125
1126 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1127 \label{sec:file_shared_access}
1128
1129 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1130 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1131 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1132 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1133 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1134 diversi.
1135
1136 \begin{figure}[!htb]
1137   \centering
1138   \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1139   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1140     diversi}
1141   \label{fig:file_mult_acc}
1142 \end{figure}
1143
1144 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1145 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1146 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1147 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1148 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1149 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1150 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1151
1152 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1153 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1154 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1155   table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1156 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1157 che:
1158 \begin{itemize}
1159 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1160   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1161   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1162   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1163   della struttura \kstruct{inode}.
1164 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1165   le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1166   prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1167   \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1168 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1169   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1170   \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1171   si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1172   dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1173 \end{itemize}
1174
1175 \begin{figure}[!htb]
1176   \centering
1177   \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1178   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1179   \label{fig:file_acc_child}
1180 \end{figure}
1181
1182 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1183 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1184 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1185 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1186 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1187 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1188 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1189 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1190
1191 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1192 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1193 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1194 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1195 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1196 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1197 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1198 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1199 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1200 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1201 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1202 figlio che occorre tenere presente.
1203
1204 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1205 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1206 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1207 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1208 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1209   table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1210 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1211 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1212 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1213 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1214 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1215
1216 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1217 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1218 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1219 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1220 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1221 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1222 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1223 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1224
1225 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1226 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1227 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1228 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1229 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1230 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1231 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1232 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1233 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1234
1235 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1236 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1237 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1238 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1239 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1240 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1241 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1242 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1243 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1244 del secondo processo.
1245
1246 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1247 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1248 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1249 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1250 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1251 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1252 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1253 effettuare la scrittura, e poi estende il file.  Tutto questo avviene
1254 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1255 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1256
1257
1258 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1259 \label{sec:file_dup}
1260
1261 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1262 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1263 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1264 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1265 il cui prototipo è:
1266
1267 \begin{funcproto}{
1268 \fhead{unistd.h}
1269 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1270 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1271 }
1272
1273 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1274   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1275   \begin{errlist}
1276   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1277   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1278     descriptor aperti.
1279   \end{errlist}
1280 }  
1281 \end{funcproto}
1282
1283 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1284 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1285 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1286 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1287 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1288 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1289 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1290 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1291 da cui il nome della funzione.
1292
1293 \begin{figure}[!htb]
1294   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1295   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1296   \label{fig:file_dup}
1297 \end{figure}
1298
1299 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1300 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1301 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1302 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1303 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1304 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1305 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento. 
1306
1307 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1308 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1309 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1310 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1311 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1312 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1313 restituito come copia.
1314
1315 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1316 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1317 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1318 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1319 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1320 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe). 
1321
1322 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1323 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1324 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1325 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1326 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1327 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1328 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1329 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1330 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1331 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1332 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1333
1334 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1335 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1336 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1337 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1338 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1339 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1340 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1341
1342 \begin{funcproto}{
1343 \fhead{unistd.h}
1344 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1345 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1346 }
1347
1348 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1349   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1350   \begin{errlist}
1351   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1352     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1353   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1354     \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1355   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1356   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1357     descriptor aperti.
1358   \end{errlist}
1359 }  
1360 \end{funcproto}
1361
1362 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1363 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1364 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1365 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1366 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1367 e si limita a restituire \param{newfd}.
1368
1369 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1370 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1371 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1372 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1373   condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1374 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1375 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1376 descriptor diverso da quello voluto.
1377
1378 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1379 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1380 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1381 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1382 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1383   condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1384   indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1385   descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1386   standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1387   \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1388     condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1389 ritentare l'operazione.
1390
1391 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1392 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1393 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1394 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1395 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1396 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1397 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1398 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1399 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1400 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1401 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1402
1403 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1404 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1405   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1406 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1407 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1408
1409 \begin{funcproto}{
1410 \fhead{unistd.h}
1411 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1412 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1413 }
1414
1415 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1416   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1417   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1418   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1419 }  
1420 \end{funcproto}
1421
1422 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1423 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1424 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1425 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1426 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1427 \errval{EINVAL}.
1428
1429
1430 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1431 \label{sec:file_sync}
1432
1433 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1434 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1435 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1436 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1437 \func{write}.
1438
1439 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1440 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1441 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1442 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1443   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1444   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1445
1446 \begin{funcproto}{
1447 \fhead{unistd.h}
1448 \fdecl{void sync(void)}
1449 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1450 }
1451
1452 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1453 \end{funcproto}
1454
1455 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1456 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1457 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1458 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1459 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1460 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1461 scrittura effettiva.
1462
1463 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1464 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1465 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1466 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1467 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1468 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1469 comportamento può essere controllato attraverso il file
1470 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1471   scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1472   del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1473   argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1474 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1475 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1476 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1477
1478 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1479 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1480 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1481 prototipi sono:
1482
1483 \begin{funcproto}{
1484 \fhead{unistd.h}
1485 \fdecl{int fsync(int fd)}
1486 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1487 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1488 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1489 }
1490
1491 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1492   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1493   \begin{errlist}
1494   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1495     che non supporta la sincronizzazione.
1496   \end{errlist}
1497   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1498   significato generico.}
1499 \end{funcproto}
1500
1501 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1502 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1503 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1504 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1505 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1506 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1507 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1508 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1509 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1510 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei temi di ultima
1511 modifica ed ultimo accesso.
1512
1513 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1514 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1515 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1516 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1517 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1518   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1519   automatica delle voci delle directory.}
1520
1521 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1522 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1523 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1524 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1525 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1526 prestazioni. 
1527
1528 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1529 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1530   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1531   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1532 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1533 prototipo è:
1534
1535 \begin{funcproto}{
1536 \fhead{unistd.h}
1537 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1538 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1539   disco.}
1540 }
1541
1542 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1543   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1544   \begin{errlist}
1545     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1546   \end{errlist}
1547 }  
1548 \end{funcproto}
1549
1550 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1551 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1552 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1553
1554
1555 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1556 \label{sec:file_openat}
1557
1558 \itindbeg{at-functions}
1559
1560 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1561 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1562 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1563 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1564 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1565 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1566 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1567 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1568 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1569 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1570
1571 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1572 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1573 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1574 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1575 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1576 directory di lavoro.
1577
1578 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1579 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1580 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1581 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1582 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1583 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1584 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1585   proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1586   corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1587   dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1588   pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1589   filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1590   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1591 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1592 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris i vari BSD, fino ad
1593 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1594 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1595 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1596
1597 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1598 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1599 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1600 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1601 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1602 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1603 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1604
1605 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1606 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1607 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1608 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1609 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1610 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1611 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1612 contiene.
1613
1614 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1615 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1616 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1617 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1618 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1619
1620 \begin{funcproto}{
1621 \fhead{fcntl.h}
1622 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1623 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1624 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1625   lavoro.} 
1626 }
1627
1628 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1629   \func{open}, ed in più:
1630   \begin{errlist}
1631   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1632   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1633     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1634    \end{errlist}
1635 }  
1636 \end{funcproto}
1637
1638 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1639 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1640 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1641 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1642 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1643 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1644 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1645 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1646 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1647 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1648 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1649 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1650
1651 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1652 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1653 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1654 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1655 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1656 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1657 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1658 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1659
1660 \begin{table}[htb]
1661   \centering
1662   \footnotesize
1663   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1664     \hline
1665     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1666     \hline
1667     \hline
1668      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1669      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1670      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1671      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1672      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1673      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1674      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1675      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1676      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1677      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1678      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1679      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1680      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1681      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1682     \hline
1683   \end{tabular}
1684   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1685     corrispettive funzioni classiche.}
1686   \label{tab:file_atfunc_corr}
1687 \end{table}
1688
1689 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1690   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1691
1692 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1693 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1694 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1695 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1696 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1697 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1698 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1699 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1700 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1701
1702
1703 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/562488/ 
1706 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1707
1708 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1709 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1710 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1711 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1712 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1713 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1714 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1715 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1716 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1717
1718 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1719 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1720 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1721
1722 \begin{funcproto}{
1723 \fhead{unistd.h}
1724 \fhead{fcntl.h} 
1725 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1726     group, int flags)}
1727 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1728 }
1729
1730 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1731   \func{chown}, ed in più:
1732   \begin{errlist}
1733   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1734   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1735   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1736     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1737   \end{errlist}
1738 }  
1739 \end{funcproto}
1740
1741 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1742 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1743 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1744 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1745 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1746 come \func{chown}.
1747
1748 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1749 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1750 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1751 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1752
1753 \begin{funcproto}{
1754 \fhead{unistd.h}
1755 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1756 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1757 }
1758
1759 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1760   \func{access}, ed in più:
1761   \begin{errlist}
1762   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1763   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1764   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1765     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1766   \end{errlist}
1767 }  
1768 \end{funcproto}
1769
1770 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1771 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1772 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1773 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1774 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1775 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1776 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1777 \func{access}).
1778
1779
1780 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1781 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1782 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1783 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1784
1785 \begin{funcproto}{
1786 \fhead{fcntl.h}
1787 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1788 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1789 }
1790
1791 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1792   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1793   più:
1794   \begin{errlist}
1795   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1796   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1797   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1798     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1799   \end{errlist}
1800 }  
1801 \end{funcproto}
1802
1803 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1804 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1805 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1806 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1807 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1808 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1809 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1810 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1811 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1812
1813 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1814 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1815 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1816 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1817 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1818 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1819 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1820 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1821 simbolici.
1822
1823 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1824 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1825 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1826 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1827 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1828 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1829
1830 \begin{table}[htb]
1831   \centering
1832   \footnotesize
1833   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1834     \hline
1835     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1836     \hline
1837     \hline
1838     \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1839                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1840     \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1841                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1842                                  (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1843     \const{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1844                                  il controllo dei permessi sia fatto usando
1845                                  l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1846                                  reale.\\
1847     \const{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1848                                  la funzione si comporti come \func{rmdir}
1849                                  invece che come \func{unlink}.\\
1850     \hline
1851   \end{tabular}  
1852   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1853     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
1854   \label{tab:at-functions_constant_values}
1855 \end{table}
1856
1857
1858 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1859 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1860 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1861 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1862 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1863 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1864 precisione fino al nanosecondo.
1865
1866 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1867
1868 \itindend{at-functions}
1869
1870 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1871 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
1872 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1873
1874
1875 \subsection{Le operazioni di controllo}
1876 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1877
1878 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1879 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1880 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1881 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1882 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1883
1884 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1885 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1886 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1887   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1888   il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1889   sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1890
1891 \begin{funcproto}{
1892 \fhead{unistd.h}
1893 \fhead{fcntl.h}
1894 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1895 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1896 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1897 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1898 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
1899 }
1900
1901 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1902   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1903   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1904   l'unico valido in generale è:
1905   \begin{errlist}
1906   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1907   \end{errlist}
1908 }  
1909 \end{funcproto}
1910
1911 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1912 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1913 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1914 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1915 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1916 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1917 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1918 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1919
1920 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1921 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1922 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1923 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1924 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1925 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1926 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1927   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1928   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1929   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1930   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1931   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1932   descrittori consentito.
1933
1934 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1935   in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1936   file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1937   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1938   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1939   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1940   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1941
1942 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1943     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1944   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1945   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1946   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1947   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1948   esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1949   nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1950
1951 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1952   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1953   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1954   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1955   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1956   \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1957   vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1958     3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1959     file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1960
1961 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1962   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1963   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1964   comando permette di rileggere il valore di quei bit
1965   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1966   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1967   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1968   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1969   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1970   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1971     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1972   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
1973
1974 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1975   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1976   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1977   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1978   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1979   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1980   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1981   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1982   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1983   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1984   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1985
1986 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1987   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1988   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1989   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1990   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1991   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1992
1993 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1994   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
1995   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
1996   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
1997   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1998
1999 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2000   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2001   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2002   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2003   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2004
2005 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2006   processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2007   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2008   \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2009   \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2010   descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2011   urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2012   in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2013   errori diversi da \errval{EBADF}.
2014
2015   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2016   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2017   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2018   \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2019   problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2020   compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2021   viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2022     dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2023     (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2024     \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2025     di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2026   mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2027   \var{errno}, cambiato di segno.
2028
2029   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2030   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2031   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2032   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2033   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2034     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2035     l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2036     non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2037     \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2038     generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2039   comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2040   della \acr{glibc} e del kernel.
2041
2042 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2043   l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2044     group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2045   eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2046   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2047   possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2048   \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2049
2050   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2051   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2052   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2053   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2054   per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2055   per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2056   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2057
2058   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2059   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2060   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2061   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2062   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2063   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2064   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2065   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2066   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2067   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2068   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2069   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2070   interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2071   \itindex{process~group} \textit{process group}.
2072
2073 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2074   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2075   \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2076   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2077   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2078   descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2079   in caso di errore. Oltre a  \errval{EBADF} e da
2080   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.  
2081
2082   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2083   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2084   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2085   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2086   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2087   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2088   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2089   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2090
2091 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2092   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2093   del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2094   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2095   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2096   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2097   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2098   un tipo di identificatore valido.
2099
2100   \begin{figure}[!htb]
2101     \footnotesize \centering
2102     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2103       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2104     \end{varwidth}
2105     \normalsize 
2106     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2107     \label{fig:f_owner_ex}
2108   \end{figure}
2109
2110   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2111   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2112   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2113   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2114   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2115   \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2116   \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2117   che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2118   \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2119   \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2120   \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2121   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2122   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2123   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2124
2125 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2126   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2127   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2128   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2129   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2130   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2131   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2132   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2133   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2134
2135 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2136   asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2137   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2138   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2139   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2140   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2141   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2142   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2143   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2144   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2145
2146   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2147   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2148   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2149   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2150   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2151   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2152   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2153   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2154   accumulati in una coda prima della notifica.
2155
2156 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2157   \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2158   descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2159   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è
2160   specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2161   \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2162   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2163
2164 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2165   di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2166   descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2167   valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2168   \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2169   valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2170   tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2171   sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2172   il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2173   amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2174     \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2175
2176   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2177   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2178   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2179   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2180   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2181   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2182   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2183
2184 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2185   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2186   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2187   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2188   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2189   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2190   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2191   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2192   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2193
2194 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2195   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2196   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2197   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2198   restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2199   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2200   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2201
2202 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2203   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2204   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2205   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2206   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2207   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2208   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2209   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2210   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2211   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2212   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2213   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2214   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2215       precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2216       \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2217   superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}.  Il comando è
2218   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2219   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2220
2221 \end{basedescript}
2222
2223 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2224 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2225 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2226 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2227 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2228 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2229 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2230 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2231 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2232
2233 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2234 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2235 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2236 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2237 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2238 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2239 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2240 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2241
2242
2243 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2244 % \label{sec:file_ioctl}
2245
2246 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2247 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2248 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2249 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2250 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2251 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2252 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2253 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2254
2255 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2256 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2257 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2258
2259 \begin{funcproto}{
2260 \fhead{sys/ioctl.h}
2261 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2262 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2263 }
2264
2265 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2266   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2267   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2268   valori:
2269   \begin{errlist}
2270   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2271     validi.
2272   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2273     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2274     riferimento \param{fd}.
2275   \end{errlist}
2276   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2277 \end{funcproto}
2278
2279
2280 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2281 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2282 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2283 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2284 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2285 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2286 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2287 omesso, e per altre è un semplice intero.
2288
2289 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2290 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2291 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2292 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2293 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2294
2295 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2296 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2297 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2298 \begin{itemize*}
2299 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2300 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2301 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2302 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2303 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2304 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2305   speaker.
2306 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2307   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2308     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2309     successivi (come ext3).}
2310 \end{itemize*}
2311
2312 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2313 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2314 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2315 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2316 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2317   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2318   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2319   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2320   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2321   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2322 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2323 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2324 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2325 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2326 imprevedibili o indesiderati.
2327
2328 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2329 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2330 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2331 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2332 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2333 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2334 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2335
2336 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2337 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2338 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2339 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2340 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2341 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2342 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2343   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2344   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2345   eventuale valore viene ignorato.
2346 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2347   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2348   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2349   eventuale valore viene ignorato.
2350 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2351   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2352   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2353   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2354   nullo abilita).
2355 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2356   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2357   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2358   disabilita, un valore non nullo abilita).
2359 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2360   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2361   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2362   valore specifica il PID del processo.
2363 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2364   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2365   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2366   scritto il PID del processo.
2367 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2368   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2369   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2370   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}); il
2371   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2372   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2373 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2374   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2375   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2376   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2377 \end{basedescript}
2378
2379 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2380 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2381
2382 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2383 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2384 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2385 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2386 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2387 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2388 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2389 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2390 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2391 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2392 due funzioni sono rimaste.
2393
2394 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2395 % (bassa/bassissima priorità)
2396 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2397
2398
2399 % \chapter{}
2400
2401 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2402 \label{sec:files_std_interface}
2403
2404
2405 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2406 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2407 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2408
2409 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2410 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria,
2411 queste, insieme alle altre funzioni definite dallo standard (queste funzioni
2412 sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono
2413 rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo delle
2414 \acr{glibc} per la gestione dei file.
2415
2416
2417 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2418 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2419 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2420 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2421
2422
2423 \subsection{I \textit{file stream}}
2424 \label{sec:file_stream}
2425
2426 \itindbeg{file~stream}
2427
2428 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2429 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2430 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2431
2432 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2433 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2434 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2435 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2436 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2437 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2438 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2439
2440 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2441 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2442 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2443 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2444 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2445 all'ottenimento della massima efficienza.
2446
2447 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2448 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2449 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2450 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2451 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2452 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2453
2454 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2455 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione, che le formattazioni,
2456 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2457 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2458 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2459 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2460 accesso.
2461
2462 \itindend{file~stream}
2463
2464 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2465 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2466 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2467 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2468 indicatori di stato e di fine del file.
2469
2470 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2471 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2472 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2473 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2474 sinonimo di \textit{stream}.  Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2475 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2476 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2477
2478 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2479 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2480 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2481 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2482 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2483
2484 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2485 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2486   cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2487   in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2488   prende i caratteri dalla tastiera.
2489 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2490     output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2491   ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2492   all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2493 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2494     stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2495   errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2496   terminale e scrive sullo schermo.
2497 \end{basedescript}
2498
2499 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2500 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2501 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2502 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2503 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2504 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2505 usare la funzione \func{freopen}.
2506
2507
2508 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2509 \label{sec:file_buffering}
2510
2511 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2512 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2513 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2514 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2515 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2516 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2517 file.
2518
2519 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2520 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2521 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2522 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2523 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2524 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2525 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2526 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2527 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2528 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2529 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2530
2531 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2532 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2533 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2534 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2535 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2536 input/output sul terminale.
2537
2538 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2539 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2540 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2541 \begin{itemize}
2542 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2543   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2544   (effettuando immediatamente una \func{write});
2545 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2546   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2547   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2548   quando si preme invio);
2549 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2550   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2551 \end{itemize}
2552
2553 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2554 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2555 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2556 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2557 modalità \textit{fully buffered}.
2558
2559 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2560 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2561 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2562 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2563 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2564 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2565 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2566
2567 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2568   input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2569 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2570 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2571 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2572
2573 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2574 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2575 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2576 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2577 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2578 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2579 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2580
2581 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2582 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2583 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2584 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2585 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2586 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2587 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2588 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2589
2590
2591
2592 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2593 \label{sec:file_fopen}
2594
2595 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2596 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2597   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2598   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2599
2600 \begin{funcproto}{
2601 \fhead{stdio.h}
2602 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2603 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2604 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2605 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2606 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2607 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2608 }
2609
2610 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2611   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2612   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2613   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2614   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2615   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2616   \func{freopen}.}
2617 \end{funcproto}
2618
2619 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2620 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2621 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2622 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2623 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2624
2625 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2626 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2627 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2628 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2629 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2630
2631 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2632 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2633 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2634 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2635 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2636
2637 \begin{table}[htb]
2638   \centering
2639   \footnotesize
2640   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2641     \hline
2642     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2643     \hline
2644     \hline
2645     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2646                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2647                  file.\\ 
2648     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2649                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2650                  file.\\ 
2651 %    \hline
2652     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2653                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2654                  scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2655                  file.\\ 
2656     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2657                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2658                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2659                  file.\\ 
2660 %    \hline
2661     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2662                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2663                  posto in sola scrittura.\\
2664     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2665                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2666                  posto in lettura e scrittura.\\
2667     \hline
2668     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2669     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2670     \hline
2671   \end{tabular}
2672   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2673     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2674   \label{tab:file_fopen_mode}
2675 \end{table}
2676
2677 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2678 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2679 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2680 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2681 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2682 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2683 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2684 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2685
2686 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2687 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2688 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2689 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2690 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2691 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2692
2693 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2694 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2695 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2696 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2697 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2698
2699 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2700 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2701 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2702 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2703 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2704 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2705 chiusura dello \textit{stream}.
2706
2707 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2708 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2709 impostati al valore
2710 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2711 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2712 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2713 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2714 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2715 alcuna operazione di I/O sul file.
2716
2717 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2718 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2719 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2720 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2721 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2722 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2723
2724 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2725 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2726 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2727 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2728 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2729 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2730 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2731
2732 Una volta completate le operazioni su di esso \textit{stream} può essere
2733 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2734
2735 \begin{funcproto}{
2736 \fhead{stdio.h}
2737 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2738 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2739 }
2740
2741 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2742   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2743   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2744   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2745   \func{write} o \func{fflush}).
2746 }
2747 \end{funcproto}
2748
2749 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2750 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2751 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2752 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2753 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2754 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2755 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2756
2757 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2758 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2759 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2760
2761 \begin{funcproto}{
2762 \fhead{stdio.h}
2763 \fdecl{int fcloseall(void)}
2764 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
2765 }
2766
2767 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2768   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
2769 \end{funcproto}
2770
2771 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2772 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2773 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2774 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2775 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2776 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2777
2778
2779 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2780  \label{sec:file_io}
2781
2782  Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2783  la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2784  scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2785  input/output non formattato:
2786  \begin{itemize}
2787  \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2788    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2789    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2790  \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2791    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2792    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2793  \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2794    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2795    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2796  \end{itemize}
2797  a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2798  sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2799
2800  Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2801  vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2802  funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2803
2804  A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2805  \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2806  errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2807  funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2808  valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2809  \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte
2810  funzioni un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le
2811  \acr{glibc} usano il valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere
2812  valori diversi.
2813
2814  Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2815  libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2816  direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore
2817  impostato dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato
2818  l'errore.
2819
2820  Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2821  errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo;
2822  basarsi solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2823  \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2824  impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2825  dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2826
2827  Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2828  per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2829  il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2830  file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2831  errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2832  riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2833
2834 \begin{funcproto}{
2835 \fhead{stdio.h}
2836 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2837 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
2838 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2839 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
2840 }
2841
2842 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2843   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2844 \end{funcproto}
2845
2846 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2847 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2848 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2849 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2850
2851 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2852 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2853
2854 \begin{funcproto}{
2855 \fhead{stdio.h}
2856 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2857 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2858   \textit{stream}.}
2859 }
2860
2861 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
2862 \end{funcproto}
2863
2864 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2865 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2866 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2867 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2868 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2869 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2870 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2871
2872 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2873 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2874 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2875 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2876 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2877 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2878 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2879 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2880 file di dati.
2881
2882 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2883 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2884 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2885 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2886 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2887 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2888 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2889 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2890 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2891 l'offset rispetto al record corrente.
2892
2893 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2894 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2895 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2896 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2897 rispettivi prototipi sono:
2898
2899 \begin{funcproto}{
2900 \fhead{stdio.h}
2901 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2902 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
2903 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2904 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
2905 }
2906
2907 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2908   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2909   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2910 \end{funcproto}
2911
2912 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2913 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2914 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2915 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2916 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
2917 successo e -1 in caso di errore.
2918
2919 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2920 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2921 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2922 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2923
2924 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2925 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2926
2927 \begin{funcproto}{
2928 \fhead{stdio.h}
2929 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
2930 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
2931 }
2932
2933 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2934   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
2935 \end{funcproto}
2936
2937 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2938 \textit{stream}.
2939
2940 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2941 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2942 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2943 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2944 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2945 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2946
2947 \begin{funcproto}{
2948 \fhead{stdio.h}
2949 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2950 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
2951 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2952 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
2953 }
2954
2955 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2956   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2957 \end{funcproto}
2958
2959 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2960 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2961 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2962 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2963 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2964 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2965 sistemi più moderni.
2966
2967 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2968
2969
2970
2971 \subsection{Input/output binario}
2972 \label{sec:file_binary_io}
2973
2974 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2975 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2976 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2977 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2978 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2979 i rispettivi prototipi sono:
2980
2981 \begin{funcproto}{
2982 \fhead{stdio.h} 
2983 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2984 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
2985 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
2986   FILE *stream)}
2987 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
2988 }
2989
2990 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2991   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2992   richiesto.}
2993 \end{funcproto}
2994
2995 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2996 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
2997 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2998 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2999 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3000 chiamata del tipo:
3001 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3002 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3003 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3004 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3005 si avrà allora una chiamata tipo:
3006 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3007 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3008 elemento. 
3009
3010 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3011 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3012 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3013 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3014
3015 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3016 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3017 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3018 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3019 corrispondente alla quantità di dati letti).
3020
3021 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3022 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3023 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3024 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3025 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3026 problema.
3027
3028 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3029 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3030 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3031 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3032 stesso programma che li ha prodotti.
3033
3034 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3035 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3036 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3037 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3038 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3039 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3040 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3041 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3042
3043 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3044 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3045 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3046 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3047 eventuali differenze.
3048
3049 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3050 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3051 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3052 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3053 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3054
3055 \begin{funcproto}{
3056 \fhead{stdio.h}
3057 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3058     nmemb, FILE *stream)}
3059 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3060     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3061 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3062   implicito sullo stesso.} 
3063 }
3064
3065 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3066   \func{fwrite}.}
3067 \end{funcproto}
3068
3069 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3070
3071
3072 \subsection{Input/output a caratteri}
3073 \label{sec:file_char_io}
3074
3075 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3076 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3077 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3078 rispettivi prototipi sono:
3079
3080 \begin{funcproto}{
3081 \fhead{stdio.h}
3082 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3083 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3084 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3085 \fdecl{int getchar(void)}
3086 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.} 
3087 }
3088
3089 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3090   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3091 \end{funcproto}
3092
3093 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3094 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3095 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3096 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3097 \code{getc(stdin)}.
3098
3099 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3100 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3101 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3102 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3103 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3104 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3105 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3106 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3107
3108 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3109 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3110 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3111 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3112 precedenza nel tipo di argomento).
3113
3114 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3115 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3116 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3117 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3118
3119 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3120 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3121 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3122 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3123 è:
3124
3125 \begin{funcproto}{
3126 \fhead{stdio.h} 
3127 \fhead{wchar.h}
3128 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3129 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3130 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3131 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3132 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3133     input}.} 
3134 }
3135
3136 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3137   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3138 \end{funcproto}
3139
3140 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3141 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3142 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3143 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3144
3145 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3146 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3147 loro prototipi sono:
3148
3149 \begin{funcproto}{
3150 \fhead{stdio.h} 
3151 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3152 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3153 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3154 \fdecl{int putchar(int c)}
3155 \fdesc{Scrive un byte sullo  \itindex{standard~output} \textit{standard
3156     output}.}
3157 }
3158
3159 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3160   \val{EOF} per un errore.}  
3161 \end{funcproto}
3162
3163 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3164 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3165 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3166 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3167 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3168 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3169 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3170 ritorno è \val{EOF}.
3171
3172 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3173 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3174 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3175 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3176 il lock implicito dello \textit{stream}.
3177
3178 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3179 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3180 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3181
3182 \begin{funcproto}{
3183 \fhead{stdio.h} 
3184 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3185 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3186 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3187 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3188 }
3189
3190 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3191   \val{EOF} per un errore.}
3192 \end{funcproto}
3193
3194 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3195 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3196 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3197 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3198
3199 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3200 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3201 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3202 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3203 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3204 viene dopo.
3205
3206 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3207 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3208 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3209 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3210
3211 \begin{funcproto}{
3212 \fhead{stdio.h}
3213 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3214 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3215 }
3216
3217 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3218   errore.}  
3219 \end{funcproto}
3220  
3221 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3222 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3223 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3224 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3225 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3226 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3227
3228 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3229 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3230 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3231 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3232 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3233 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3234
3235 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3236 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3237 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3238
3239 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3240 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3241 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3242 rimandati indietro vengono scartati.
3243
3244
3245 \subsection{Input/output di linea}
3246 \label{sec:file_line_io}
3247
3248 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3249 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3250 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3251 caratteristiche più controverse.
3252
3253 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3254 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3255 prototipi sono:
3256
3257 \begin{funcproto}{
3258 \fhead{stdio.h}
3259 \fdecl{char *gets(char *string)}
3260 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3261   \textit{standard input}.}
3262 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3263 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3264 }
3265
3266 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3267   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3268 \end{funcproto}
3269  
3270 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3271 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3272 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3273 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3274 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3275 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3276 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3277 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3278 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3279 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3280
3281 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3282 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3283 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3284 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3285 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3286 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3287 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3288   molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3289
3290 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3291 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3292 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3293 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3294 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3295 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3296 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3297 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3298
3299 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3300 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3301 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3302 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3303 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3304 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3305 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3306 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3307 successiva.
3308
3309 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3310 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3311 rispettivi prototipi sono:
3312
3313 \begin{funcproto}{
3314 \fhead{stdio.h}
3315 \fdecl{int puts(char *string)}
3316 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo  \itindex{standard~output}
3317   \textit{standard output}.}
3318 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3319 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.} 
3320 }
3321
3322 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3323   per un errore.}
3324 \end{funcproto}
3325
3326 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3327 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3328   output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3329 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3330 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3331 messaggi sullo \itindex{standard~output} standard output; la funzione prende
3332 una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il ritorno a
3333 capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di specificare un
3334 file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge il
3335 \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3336
3337 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3338 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3339 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3340 loro prototipi sono:
3341
3342 \begin{funcproto}{
3343 \fhead{wchar.h}
3344 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3345 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3346 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3347 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3348 }
3349
3350 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3351   negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3352   fine del file.}
3353 \end{funcproto}
3354
3355
3356 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3357 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3358 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3359 da \param{stream}.  Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3360 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3361 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3362 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3363
3364 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3365 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3366 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3367 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3368 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3369 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3370 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3371
3372 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3373 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3374 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3375 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3376 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3377 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3378 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3379 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3380 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3381 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3382
3383 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3384 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3385 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3386 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3387 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3388 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3389 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3390
3391 \begin{funcproto}{
3392 \fhead{stdio.h}
3393 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3394 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.} 
3395 }
3396
3397 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3398   per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3399 \end{funcproto}
3400
3401 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3402 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3403 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3404 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3405 stringa da leggere. 
3406
3407 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3408 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3409 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3410 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3411 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3412 dimensioni del buffer suddetto.
3413
3414 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3415 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3416 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3417 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3418 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3419 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3420 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3421
3422 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3423 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3424 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3425 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3426 essere il seguente: 
3427 \includecodesnip{listati/getline.c} 
3428 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3429 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3430 \var{ptr}.
3431
3432 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3433 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3434 terminazione). Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3435 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3436 il \textit{newline} per terminare la stringa.  Se si è alla fine del file e
3437 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3438 $-1$.
3439
3440 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3441 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3442 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3443 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3444
3445 \begin{funcproto}{
3446 \fhead{stdio.h}
3447 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} 
3448 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3449   scelto.} 
3450 }
3451
3452 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3453   \func{getline}.}
3454 \end{funcproto}
3455
3456 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3457 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3458 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3459 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3460 dell'argomento
3461 \param{delim}.
3462
3463
3464 \subsection{Input/output formattato}
3465 \label{sec:file_formatted_io}
3466
3467 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3468 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3469 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3470 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3471
3472 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3473 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3474 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3475
3476 \begin{funcproto}{
3477 \fhead{stdio.h} 
3478 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3479 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3480   \textit{standard output}.}
3481 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3482 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.} 
3483 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)} 
3484 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3485 }
3486
3487 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3488   valore negativo per un errore.}  
3489 \end{funcproto}
3490
3491
3492 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3493 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3494 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3495
3496 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3497 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3498 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3499 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3500 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3501 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3502 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3503 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3504
3505 \begin{funcproto}{
3506 \fhead{stdio.h}
3507 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)} 
3508 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3509 }
3510
3511 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3512   \func{sprintf}.}
3513 \end{funcproto}
3514
3515 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3516 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3517 non possa essere sovrascritto.
3518
3519 \begin{table}[!htb]
3520   \centering
3521   \footnotesize
3522   \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3523     \hline
3524     \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3525     \hline
3526     \hline
3527    \cmd{\%d} &\ctyp{int}         & Stampa un numero intero in formato decimale
3528                                    con segno.\\
3529    \cmd{\%i} &\ctyp{int}         & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3530    \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3531    \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3532                                    decimale senza segno.\\
3533    \cmd{\%x}, 
3534    \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3535                                    rispettivamente con lettere minuscole e
3536                                    maiuscole.\\
3537    \cmd{\%f} &\ctyp{double}      & Stampa un numero in virgola mobile con la
3538                                    notazione a virgola fissa.\\
3539    \cmd{\%e}, 
3540    \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3541                               notazione esponenziale, rispettivamente con
3542                               lettere minuscole e maiuscole.\\
3543    \cmd{\%g}, 
3544    \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3545                               notazione più appropriate delle due precedenti,
3546                               rispettivamente con lettere minuscole e
3547                               maiuscole.\\
3548    \cmd{\%a}, 
3549    \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3550                               notazione esadecimale frazionaria.\\
3551    \cmd{\%c} &\ctyp{int}    & Stampa un carattere singolo.\\
3552    \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3553    \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3554    \cmd{\%n} &\ctyp{\&int}  & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3555    \cmd{\%\%}&              & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3556     \hline
3557   \end{tabular}
3558   \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3559     stringa di formato di \func{printf}.} 
3560   \label{tab:file_format_spec}
3561 \end{table}
3562
3563 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3564 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3565 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3566 si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic}
3567 \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende
3568 appunto da quello che si è specificato in \param{format}.
3569
3570 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3571 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati all'output, e da direttive di
3572 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3573 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3574 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3575
3576 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3577 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3578 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3579 \begin{Example}
3580 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3581 \end{Example}
3582 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3583 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3584 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3585 specificati in questo ordine:
3586 \begin{itemize*}
3587 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3588   ``\val{\$}''),
3589 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3590   tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3591   conversione,
3592 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3593   seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3594   (un altro numero decimale),
3595 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3596   valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3597 \end{itemize*}
3598
3599 \begin{table}[htb]
3600   \centering
3601   \footnotesize
3602   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3603     \hline
3604     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3605     \hline
3606     \hline
3607     \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3608     \val{0}  & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3609     \val{-}  & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3610     \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore 
3611                positivo.\\
3612     \val{+}  & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3613     \hline
3614   \end{tabular}
3615   \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3616   \label{tab:file_format_flag}
3617 \end{table}
3618
3619 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3620 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3621 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3622
3623 \begin{table}[htb]
3624   \centering
3625   \footnotesize
3626   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3627     \hline
3628     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3629     \hline
3630     \hline
3631     \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3632                segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di 
3633                tipo \ctyp{char}.\\
3634     \cmd{h}  & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o 
3635                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3636                è di tipo \ctyp{short}.\\
3637     \cmd{l}  & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o 
3638                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3639                è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3640                sono in formato esteso.\\ 
3641     \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o 
3642                senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3643                è di tipo \ctyp{long long}.\\
3644     \cmd{L}  & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3645                \ctyp{double}.\\
3646     \cmd{q}  & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3647     \cmd{j}  & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o 
3648                \type{uintmax\_t}.\\
3649     \cmd{z}  & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o 
3650                \type{ssize\_t}.\\
3651     \cmd{t}  & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3652     \hline
3653   \end{tabular}
3654   \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3655   \label{tab:file_format_type}
3656 \end{table}
3657
3658 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3659 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3660 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3661 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3662
3663 \begin{funcproto}{
3664 \fhead{stdio.h}
3665 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3666 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3667   \textit{standard output}.} 
3668 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3669 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un \textit{stream}.}
3670 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3671 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3672 }
3673
3674 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3675   valore negativo per un errore.}  
3676 \end{funcproto}
3677
3678 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3679 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3680 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3681 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3682 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3683 l'esecuzione della funzione l'argomento
3684 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3685 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario). 
3686
3687 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3688 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3689 scritti sulla stringa di destinazione:
3690
3691 \begin{funcproto}{
3692 \fhead{stdio.h}
3693 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3694 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3695 }
3696
3697 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3698   \func{vsprintf}.}
3699 \end{funcproto}
3700
3701 \noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer
3702 overflow.
3703
3704
3705 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3706 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3707 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3708 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3709 sono:
3710
3711 \begin{funcproto}{
3712 \fhead{stdio.h}
3713 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3714 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3715 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3716 }
3717
3718 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3719   \func{vsprintf}.}
3720 \end{funcproto}
3721
3722
3723 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3724 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3725 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3726 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3727 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3728 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3729 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3730   leak}.
3731
3732 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3733
3734 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3735 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3736 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3737 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3738 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3739 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3740
3741 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3742 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3743 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3744 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3745
3746 \begin{funcproto}{
3747 \fhead{stdio.h}
3748 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3749 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \itindex{standard~input}
3750   \textit{standard input}.}
3751 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3752 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. } 
3753 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3754 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.} 
3755 }
3756
3757 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3758   \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3759 \end{funcproto}
3760
3761 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3762 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3763 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3764 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3765 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3766 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3767 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3768 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3769 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3770 corrispondenza.
3771
3772 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3773 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3774 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3775 caratteristica.
3776
3777 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3778 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3779 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3780 \func{printf}, ma ci sono varie differenze.  Le funzioni di input infatti sono
3781 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3782 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3783 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3784 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3785 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3786 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3787 \acr{glibc}.
3788
3789 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3790 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3791 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3792 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3793 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3794 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3795
3796 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3797 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3798 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3799 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3800 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3801 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3802 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3803 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3804 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3805   \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3806   analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3807   \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o 
3808 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3809   parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3810   manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3811
3812
3813
3814 \section{Funzioni avanzate}
3815 \label{sec:file_stream_adv_func}
3816
3817 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3818 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3819 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3820 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3821 programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3822
3823
3824 \subsection{Le funzioni di controllo}
3825 \label{sec:file_stream_cntrl}
3826
3827 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3828 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3829 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3830 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3831 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3832
3833 \begin{funcproto}{
3834 \fhead{stdio.h}
3835 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3836 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.} 
3837 }
3838
3839 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3840   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3841   se \param{stream} non è valido.}
3842 \end{funcproto}
3843
3844 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3845 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3846 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3847 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo.  Le
3848 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3849 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3850
3851 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3852 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3853 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3854 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3855 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3856 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3857 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3858 prototipi sono:
3859
3860 \begin{funcproto}{
3861 \fhead{stdio\_ext.h}
3862 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3863 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.} 
3864 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3865 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.} 
3866 }
3867
3868 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3869   consentita, non sono previste condizioni di errore.}  
3870 \end{funcproto}
3871
3872 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3873
3874 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3875 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3876 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3877 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3878
3879 \begin{funcproto}{
3880 \fhead{stdio\_ext.h}
3881 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3882 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3883 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3884 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3885 }
3886
3887 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3888   consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3889 \end{funcproto}
3890
3891 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3892 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3893 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3894 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3895 di scrittura.
3896
3897 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3898 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3899 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3900 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3901 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3902 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3903
3904
3905 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3906 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3907
3908 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3909 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3910 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3911 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3912 vengono allocati automaticamente.
3913
3914 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3915 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3916 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3917 cui prototipo è:
3918
3919 \begin{funcproto}{
3920 \fhead{stdio.h}
3921 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3922 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.} 
3923 }
3924
3925 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3926   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}  
3927 \end{funcproto}
3928
3929 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3930 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3931 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3932 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3933 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3934 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3935 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3936
3937 \begin{table}[htb]
3938   \centering
3939   \footnotesize
3940     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3941       \hline
3942       \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3943       \hline
3944       \hline
3945       \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3946       \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3947       \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3948       \hline
3949     \end{tabular}
3950     \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf} 
3951       per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3952   \label{tab:file_stream_buf_mode}
3953 \end{table}
3954
3955 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3956 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3957 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3958 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3959 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3960 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3961 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste
3962 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}.  Non è detto però che tale
3963 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3964 del dispositivo).
3965
3966 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3967 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3968 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3969 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3970 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3971 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3972 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3973 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3974
3975 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3976 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3977 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema.  Si potrà comunque
3978 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3979 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3980 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3981 vengono sempre ignorati.
3982
3983 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3984 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3985 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3986
3987 \begin{funcproto}{
3988 \fhead{stdio.h}
3989 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3990 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3991 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.} 
3992 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3993 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3994 }
3995
3996 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}  
3997 \end{funcproto}
3998
3999
4000 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4001 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4002 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4003 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4004 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4005 \textit{fully buffered}.  Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4006 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4007 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4008 portabilità su vecchi sistemi.
4009
4010 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
4011 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4012 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4013 prototipi sono:
4014
4015 \begin{funcproto}{
4016 \fhead{stdio\_ext.h}
4017 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4018 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4019 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4020 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4021 }
4022
4023 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4024   non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4025   sono previste condizioni di errore.}
4026 \end{funcproto}
4027
4028 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4029 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4030 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4031
4032 \begin{funcproto}{
4033 \fhead{stdio.h}
4034 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4035 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.} 
4036 }
4037
4038 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4039   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4040   non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4041   \func{write}.}
4042 \end{funcproto}
4043
4044 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4045 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4046 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello stream.
4047
4048 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4049
4050 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4051 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4052 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4053 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4054 line buffered. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una estensione di
4055 Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4056
4057 \begin{funcproto}{
4058 \fhead{stdio-ext.h}
4059 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4060 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4061   modalità \textit{line buffered}.} 
4062 }
4063
4064 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}  
4065 \end{funcproto}
4066
4067 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4068 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4069 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4070 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4071
4072 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4073 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4074
4075 \begin{funcproto}{
4076 \fhead{stdio.h}
4077 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4078 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.} 
4079 }
4080
4081 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}  
4082 \end{funcproto}
4083
4084 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4085 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4086 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4087
4088
4089 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4090 \label{sec:file_stream_thread}
4091
4092 \itindbeg{thread}
4093
4094 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4095 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4096 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4097 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4098 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4099 \textit{thread}.
4100
4101 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4102 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4103 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4104 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4105 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4106 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4107 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4108
4109 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4110 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4111 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4112 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4113 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4114 \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4115
4116 \begin{funcproto}{
4117 \fhead{stdio.h}
4118 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4119 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.} 
4120 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4121 \fdesc{Rilascia  il lock su uno \textit{stream}.} 
4122 }
4123 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}  
4124 \end{funcproto}
4125
4126 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4127 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4128 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4129 precedentemente acquisito.
4130
4131 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4132 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4133
4134 \begin{funcproto}{
4135 \fhead{stdio.h}
4136 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4137 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.} 
4138 }
4139
4140 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4141   qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4142 \end{funcproto}
4143
4144 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4145 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4146 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4147 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4148 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4149 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni. 
4150
4151 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4152 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4153 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4154 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4155   dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4156   anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4157   acquisito manualmente.}  con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4158 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4159 come macro.
4160
4161 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4162 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4163 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4164 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4165 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4166 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4167 il cui prototipo è:
4168
4169 \begin{funcproto}{
4170 \fhead{stdio\_ext.h}
4171 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4172 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4173 }
4174
4175 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4176   previste condizioni di errore.}  
4177 \end{funcproto}
4178
4179 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4180 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4181 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4182 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4183
4184 \begin{table}[htb]
4185   \centering
4186   \footnotesize
4187     \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4188       \hline
4189       \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4190       \hline
4191       \hline
4192       \const{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4193                                      blocco implicito predefinito.\\
4194       \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4195                                      dover gestire da solo il locking dello
4196                                      \textit{stream}.\\
4197       \const{FSETLOCKING\_QUERY}   & Restituisce lo stato corrente della
4198                                      modalità di blocco dello
4199                  &nbs