Novità del kernel
[gapil.git] / fileio.tex
1 %% fileio.tex (merge fileunix.tex - filestd.tex)
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2014 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
14
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
18 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
19 funzionalità evolute come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
25
26
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
29
30
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
33 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
34 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
35 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
36 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
37 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
38 modalità con cui consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
39
40
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
42 \label{sec:file_fd}
43
44 \itindbeg{file~descriptor} 
45
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
50
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare \itindex{inode}
55 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
56 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
57 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
58 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
59 comunicazione impedendo ogni ulteriore operazione.
60
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato \textit{file descriptor}.  Quando un
63 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
64 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
65 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
66
67 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
68 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Abbiamo già accennato in
69 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
70 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
71 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
72 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
73 \itindex{file~table} \textit{file table}.
74
75 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
76 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
77 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
78 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
79 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
80 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
81   si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
82   quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
83   semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
84 ha aperto.
85
86 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
87 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
88 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
89 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
90 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
91 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
92 gestione dei file, ed in particolare:
93 \begin{itemize*}
94 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
95   \var{f\_flags}.
96 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
97   \var{f\_pos}.
98 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
99   \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
100     realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
101     a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
102     struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104   usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105     descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
106 \end{itemize*}
107
108 \begin{figure}[!htb]
109   \centering
110   \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112   l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
113   \label{fig:file_proc_file}
114 \end{figure}
115
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \itindex{file~table} \textit{file table}, la
119 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
120 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
121
122 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
123 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
124 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
125 essenziali come:
126 \begin{itemize*}
127 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
128 \item il numero di file aperti dal processo.
129 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
130   tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
131   \itindex{file~table} \textit{file table}.
132 \end{itemize*}
133
134 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
135 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
136 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
137 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
138 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
139 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
140 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
141 operazioni necessarie.
142
143 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
144 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
145 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
146 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
147
148 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
149 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
150 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
151 valori 0, 1 e 2.  Il primo file è sempre associato al cosiddetto
152 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
153 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
154 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
155 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
156 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
157 dati relativi agli errori.
158
159 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
160 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
161 interoperabilità.  Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
162 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
163 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1
164 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
165 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
166
167 \begin{table}[htb]
168   \centering
169   \footnotesize
170   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
171     \hline
172     \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
173     \hline
174     \hline
175     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello
176                              \itindex{standard~input} \textit{standard
177                                input}.\\ 
178     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
179                              \itindex{standard~output} \textit{standard
180                                output}.\\
181     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
182                                error}.\\
183     \hline
184   \end{tabular}
185   \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
186   \label{tab:file_std_files}
187 \end{table}
188
189 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
190 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
191 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
192 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
193 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
194 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
195 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
196 file.  Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
197 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
198 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
199 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
200 più volte lo stesso file.
201
202 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
203   table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
204 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
205 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
206 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
207 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
208   table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
209 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
210
211 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
212 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
213 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
214 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
215 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
216 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
217 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
218
219
220
221 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
222 \label{sec:file_open_close}
223
224 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
225 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
226 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
227 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
228   nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
229   \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
230
231 \begin{funcproto}{
232 \fhead{sys/types.h}
233 \fhead{sys/stat.h}
234 \fhead{fcntl.h}
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
236 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
237
238 \fdesc{Apre un file.} 
239 }
240
241 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
242   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
243   \begin{errlist}
244   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
245     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
246   \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
247     segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
248   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
249     l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
250   \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
251     standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
252   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
253     risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
254     \param{pathname} è un collegamento simbolico.
255   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
256     dispositivo che non esiste.
257   \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
258     \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente. 
259   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
260     \param{pathname} non è una directory.
261   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
262     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
263     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
264     assente.
265   \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
266     amministratori né proprietari del file.
267   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
268     di un programma in esecuzione.
269   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
270     richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
271   \end{errlist}
272   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
273   \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
274   \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
275 \end{funcproto}
276
277 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
278 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
279 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
280 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
281 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
282 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
283 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
284 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
285 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
286
287 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
288 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
289 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
290 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
291 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
292 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
293 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
294   input} dato che avrà il file descriptor 0.
295
296 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
297 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
298 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
299 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
300 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
301 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
302 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
303 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
304 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
305
306 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
307 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
308 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
309 significato specifico.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
310 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
311 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
312 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
313 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
314
315 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
316 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
317 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
318 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
319 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
320 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
321
322 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
323 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
324 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
325 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
326 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
327 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
328
329 \begin{table}[htb]
330   \centering
331   \footnotesize
332     \begin{tabular}[c]{|l|l|}
333       \hline
334       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
335       \hline
336       \hline
337       \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
338       \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
339       \const{O\_RDWR}   & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
340       \hline
341     \end{tabular}
342     \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
343       nell'apertura di un file.}
344   \label{tab:open_access_mode_flag}
345 \end{table}
346
347 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
348 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
349 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
350 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
351 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
352   su Linux, dove i valori per le tre costanti di
353   tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
354   valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
355   standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
356   driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
357   e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
358   o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
359   sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
360
361 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
362 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
363 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
364 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
365 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
366 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
367 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
368 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
369   definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
370   \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
371   un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
372   alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
373
374 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
375   apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
376   \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
377   fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
378   più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
379   cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
380 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
381 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
382 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
383 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
384 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
385
386 \begin{table}[htb]
387   \centering
388   \footnotesize
389     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
390       \hline
391       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
392       \hline
393       \hline
394       \const{O\_CREAT} &    Se il file non esiste verrà creato, con le regole
395                             di titolarità del file viste in
396                             sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
397                             imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
398                             essere sempre specificato.\\  
399       \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
400                             chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
401                             kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
402                             serve ad evitare dei possibili
403                             \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
404                             \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} 
405                             viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
406                             associato ad una unità a nastri. Non viene
407                             usato al di fuori dell'implementazione di
408                             \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
409                             definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
410       \const{O\_EXCL}     & Deve essere usato in congiunzione con
411                             \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
412                             indicato da \param{pathname} non sia già esistente
413                             (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
414                             un errore di \errcode{EEXIST}).\\
415       \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
416                             l'apertura di file molto grandi, la cui
417                             dimensione non è rappresentabile con la versione a
418                             32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
419                             l'interfaccia alternativa abilitata con la
420                             macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
421                             illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
422                             sempre preferibile usare la conversione automatica
423                             delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
424                             macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
425                             questo flag.\\
426       \const{O\_NOCTTY}   & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
427                             di terminale, questo non diventerà il terminale di
428                             controllo, anche se il processo non ne ha ancora
429                             uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ 
430       \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
431                             la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
432                             aggiunta in Linux a partire dal kernel
433                             2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
434                             la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
435       \const{O\_TRUNC}    & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
436                             ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
437                             una fifo viene ignorato, negli altri casi il
438                             comportamento non è specificato.\\ 
439       \hline
440     \end{tabular}
441     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
442       un file.} 
443   \label{tab:open_time_flag}
444 \end{table}
445
446
447 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
448 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
449 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
450 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
451
452 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
453     Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
454   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
455   bloccato nelle risposte all'attacco.}
456
457 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
458 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
459   flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
460   \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
461   sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
462   esistono con Linux.}  Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
463 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
464 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
465 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
466 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
467 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
468 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
469 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
470 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
471   file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
472   \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
473   nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
474     lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
475
476 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
477 indefinito.  Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
478 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
479 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
480 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
481 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
482 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.  Quando viene creato un nuovo file
483 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
484 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
485 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
486 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
487
488 \begin{table}[!htb]
489   \centering
490   \footnotesize
491     \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
492       \hline
493       \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
494       \hline
495       \hline
496       \const{O\_APPEND}  & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
497                            \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
498                            sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
499                            sulla sua coda, per cui quanto si scrive
500                            viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
501                            NFS questa funzionalità non è supportata 
502                            e viene emulata, per questo possono verificarsi
503                            \itindex{race~condition} \textit{race 
504                              condition} con una sovrapposizione dei dati se
505                            più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
506       \const{O\_ASYNC}   & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
507                            sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
508                            impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
509                            tutte le volte che il file è pronto per le
510                            operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
511                            può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
512                            e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
513                            un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
514                            in fase di apertura del file, deve
515                            invece essere attivato successivamente con
516                            \func{fcntl}.\\
517       \const{O\_CLOEXEC}&  Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
518                            \textit{close-on-exec} (vedi
519                            sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è 
520                            previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
521                            introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
522                            \itindex{race~condition} \textit{race condition}
523                            che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
524                            fra l'apertura del file e l'impostazione della
525                            suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
526                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
527       \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
528                            \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
529                            scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
530                            kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
531                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
532                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
533       \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
534                            file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
535                            molti filesystem questa funzionalità non è
536                            disponibile per il singolo file ma come opzione
537                            generale da specificare in fase di
538                            montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed 
539                            utilizzabile soltanto se si è definita la 
540                            macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ 
541       \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
542                            le operazioni di I/O (vedi
543                            sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
544                            il fallimento delle successive operazioni di
545                            lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
546                            per la loro esecuzione immediata, invece del 
547                            blocco delle stesse in attesa di una successiva
548                            possibilità di esecuzione come avviene
549                            normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
550                            fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
551                            si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
552                            una \func{ioctl} (vedi
553                            sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\ 
554       \const{O\_NDELAY}  & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
555                            origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
556                            una \func{read} con un valore nullo e non con un
557                            errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
558                            come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
559                            di un valore nullo da parte di \func{read} ha 
560                            il significato di una \textit{end-of-file}.\\
561       \const{O\_SYNC}    & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
562                            scrittura si bloccherà fino alla conferma
563                            dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
564                            sull'hardware sottostante (in questo significato
565                            solo dal kernel 2.6.33).\\
566       \const{O\_DSYNC}   & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
567                            scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
568                            dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
569                            ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
570                            questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
571       \hline
572     \end{tabular}
573     \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
574       un file.} 
575   \label{tab:open_operation_flag}
576 \end{table}
577
578 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
579 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
580 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
581 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
582 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
583 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
584 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
585   status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
586 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
587 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
588 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
589 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
590
591 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
592 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
593 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
594   ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
595 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
596 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
597 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
598 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
599 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
600 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
601
602 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
603 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
604   SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
605   FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
606 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
607 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
608 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
609 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
610 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
611 \errval{EINVAL}.
612
613 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
614 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
615 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
616 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
617 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
618 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
619 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
620 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
621 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
622 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
623
624 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
625 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
626 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
627 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
628 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
629   del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
630   causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
631 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
632
633 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
634 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
635 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
636 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}. 
637
638 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
639 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
640 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
641 informazioni ausiliarie come i tempi dei file.  Il secondo, da usare in
642 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
643 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
644 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
645 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
646 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
647 sincronizzazione non sia completata.
648
649 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
650 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
651 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
652 sinonimi di \const{O\_SYNC}.  Con il kernel 2.6.33 il significato di
653 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
654 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
655 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
656 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
657 comportamento diverso.  Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
658 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
659 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
660
661 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella  
662 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ 
663
664 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
665 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
666 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
667 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
668 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
669
670 \begin{funcproto}{
671 \fhead{fcntl.h}
672 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
673 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.} 
674 }
675
676 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
677   caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
678   \func{open}.}
679 \end{funcproto}
680
681 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
682 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
683   O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
684 vecchi programmi.
685
686 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
687 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
688 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
689 disponibile; il suo prototipo è:
690
691 \begin{funcproto}{
692 \fhead{unistd.h}
693 \fdecl{int close(int fd)}
694 \fdesc{Chiude un file.} 
695 }
696
697 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
698   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
699   \begin{errlist}
700     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
701     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
702   \end{errlist}
703   ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
704 \end{funcproto}
705
706 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
707 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
708 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
709 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
710 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
711 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
712 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
713 su disco quest'ultimo viene cancellato.
714
715 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
716 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
717 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
718 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
719 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
720 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
721 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
722 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
723 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
724 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
725   comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
726
727 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
728 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
729 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
730 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
731 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
732 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
733 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
734 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
735 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
736
737
738 \subsection{La gestione della posizione nel file}
739 \label{sec:file_lseek}
740
741 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
742 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
743 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
744 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
745 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
746 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
747
748 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
749 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
750 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
751 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
752
753 \begin{funcproto}{
754 \fhead{sys/types.h}
755 \fhead{unistd.h}
756 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
757 \fdesc{Imposta la posizione sul file.} 
758 }
759
760 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
761   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
762   \begin{errlist}
763     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
764     \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
765       tipo \type{off\_t}.
766     \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
767   \end{errlist}
768   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
769 \end{funcproto}
770
771 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
772 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
773 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
774 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
775   con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
776   rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
777   \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
778 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
779 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
780 fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la funzione ritorna la nuova
781 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
782 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
783
784 \begin{table}[htb]
785   \centering
786   \footnotesize
787   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
788     \hline
789     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
790     \hline
791     \hline
792     \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che 
793                         deve essere positivo, di \param{offset} indica
794                         direttamente la nuova posizione corrente.\\
795     \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
796                         ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
797                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
798                         corrente.\\
799     \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
800                         del file viene sommato \param{offset}, che può essere
801                         negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
802                         corrente.\\
803     \hline
804     \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
805                         blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
806                         coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
807                         (dal kernel 3.1).\\
808     \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
809                         \textit{hole} nel file che segue o inizia
810                         con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset} 
811                         se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
812                         porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
813                         dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\ 
814     \hline
815   \end{tabular}  
816   \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.} 
817   \label{tab:lseek_whence_values}
818 \end{table}
819
820
821 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
822 % http://lwn.net/Articles/439623/ 
823
824 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
825 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
826 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
827 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
828 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
829   condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
830
831 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
832 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
833 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
834 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
835 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
836   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
837 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
838 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
839 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
840
841 \itindbeg{sparse~file} 
842
843 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
844 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
845 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
846 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
847 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
848 file.  Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
849 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
850 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
851 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
852 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
853
854 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
855 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
856   file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
857 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
858 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
859 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
860 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
861 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
862 quella parte del file.
863
864 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
865 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
866 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
867 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
868 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
869 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
870 effettivamente allocati per il file.
871
872 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
873 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
874 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
875 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
876 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
877 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
878 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
879 sez.~\ref{sec:file_stat}.
880
881 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
882 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
883 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
884 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
885 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
886 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
887 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
888 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
889 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
890 inutilizzato.
891
892 \itindend{sparse~file}
893
894 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
895 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
896 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
897 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
898 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
899 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
900   file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
901 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
902 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
903 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
904 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
905 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
906 di \param{offset}.
907
908 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
909 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
910 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
911 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
912 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
913 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
914 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
915 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
916 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
917
918
919
920 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
921 \label{sec:file_read}
922
923 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
924 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
925 il cui prototipo è:
926
927 \begin{funcproto}{
928 \fhead{unistd.h}
929 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
930 \fdesc{Legge i dati da un file.} 
931 }
932
933 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
934   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
935   \begin{errlist}
936   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
937     aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
938   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
939   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
940     o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
941     sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
942     per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
943     allineato.
944   \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
945     essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
946   \end{errlist}
947   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
948   significato generico.}
949 \end{funcproto}
950
951 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
952 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
953 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
954 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
955 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
956 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
957 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
958 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
959
960 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
961 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
962 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
963 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
964 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
965 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
966 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
967 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
968 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
969
970 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
971 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
972 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
973 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
974 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
975 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
976 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
977 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
978
979 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
980 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
981 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
982 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
983 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
984 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
985 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
986
987 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
988 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
989 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
990 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
991 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
992 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
993 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
994 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
995 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
996   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
997   \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
998   verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
999   coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1000 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1001 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1002
1003 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1004 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1005 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1006   \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1007   \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1008   \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1009   precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1010 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1011 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1012 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1013
1014 \begin{funcproto}{
1015 \fhead{unistd.h}
1016 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1017 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.} 
1018 }
1019
1020 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1021   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1022   \func{read} e \func{lseek}.}
1023 \end{funcproto}
1024
1025 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1026 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1027 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1028 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1029 modificare la posizione corrente.
1030
1031 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1032 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1033 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1034 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1035 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).  Il valore di
1036 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1037
1038 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1039 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1040 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1041 \begin{Example}
1042 #define _XOPEN_SOURCE 500
1043 \end{Example}
1044 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1045 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1046
1047
1048
1049 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1050 \label{sec:file_write}
1051
1052 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1053 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1054 prototipo è:
1055
1056 \begin{funcproto}{
1057 \fhead{unistd.h}
1058 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1059 \fdesc{Scrive i dati su un file.} 
1060 }
1061
1062 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1063   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1064   \begin{errlist}
1065   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1066     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1067   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1068     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1069     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1070   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1071     potuto scrivere qualsiasi dato.
1072   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1073     la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1074   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1075     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1076     \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1077     funzione ritorna questo errore.
1078   \end{errlist}
1079   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1080   \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1081 \end{funcproto}
1082
1083
1084 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1085 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1086 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1087 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1088 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1089 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1090 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1091 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1092
1093 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1094 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1095 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1096 stesso comportamento di \func{read}.
1097
1098 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1099 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1100 nel file, il suo prototipo è:
1101
1102 \begin{funcproto}{
1103 \fhead{unistd.h}
1104 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1105 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.} 
1106 }
1107
1108 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1109   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1110   \func{write} e \func{lseek}.}
1111 \end{funcproto}
1112
1113 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1114
1115
1116 \section{Caratteristiche avanzate}
1117 \label{sec:file_adv_func}
1118
1119 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1120 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1121 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1122 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1123 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1124
1125
1126 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1127 \label{sec:file_shared_access}
1128
1129 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1130 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1131 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1132 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1133 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1134 diversi.
1135
1136 \begin{figure}[!htb]
1137   \centering
1138   \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1139   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
1140     diversi}
1141   \label{fig:file_mult_acc}
1142 \end{figure}
1143
1144 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1145 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1146 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1147 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1148 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1149 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1150 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1151
1152 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1153 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1154 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1155   table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1156 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1157 che:
1158 \begin{itemize}
1159 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1160   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1161   scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1162   verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1163   della struttura \kstruct{inode}.
1164 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1165   le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1166   prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1167   \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1168 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1169   \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1170   \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1171   si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1172   dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1173 \end{itemize}
1174
1175 \begin{figure}[!htb]
1176   \centering
1177   \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1178   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1179   \label{fig:file_acc_child}
1180 \end{figure}
1181
1182 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1183 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1184 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1185 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1186 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1187 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1188 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1189 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1190
1191 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1192 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1193 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1194 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1195 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1196 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1197 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1198 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1199 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1200 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1201 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1202 figlio che occorre tenere presente.
1203
1204 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1205 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1206 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1207 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1208 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1209   table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1210 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1211 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1212 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1213 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1214 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1215
1216 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1217 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1218 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1219 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1220 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1221 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1222 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1223 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1224
1225 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1226 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1227 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1228 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1229 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente.  Il
1230 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1231 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1232 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1233 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1234
1235 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1236 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1237 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1238 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1239 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1240 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1241 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1242 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1243 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1244 del secondo processo.
1245
1246 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1247 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1248 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1249 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1250 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1251 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1252 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1253 effettuare la scrittura, e poi estende il file.  Tutto questo avviene
1254 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1255 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1256
1257
1258 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1259 \label{sec:file_dup}
1260
1261 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1262 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1263 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1264 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1265 il cui prototipo è:
1266
1267 \begin{funcproto}{
1268 \fhead{unistd.h}
1269 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1270 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.} 
1271 }
1272
1273 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1274   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1275   \begin{errlist}
1276   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1277   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1278     descriptor aperti.
1279   \end{errlist}
1280 }  
1281 \end{funcproto}
1282
1283 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1284 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1285 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1286 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1287 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1288 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1289 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1290 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1291 da cui il nome della funzione.
1292
1293 \begin{figure}[!htb]
1294   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1295   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1296   \label{fig:file_dup}
1297 \end{figure}
1298
1299 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1300 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1301 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1302 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1303 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1304 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1305 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento. 
1306
1307 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1308 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1309 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1310 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1311 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1312 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1313 restituito come copia.
1314
1315 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1316 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1317 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1318 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1319 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1320 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe). 
1321
1322 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1323 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1324 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1325 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1326 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1327 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1328 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1329 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1330 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1331 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1332 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1333
1334 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1335 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1336 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1337 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile.  Dato che
1338 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1339 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1340 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1341
1342 \begin{funcproto}{
1343 \fhead{unistd.h}
1344 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1345 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1346 }
1347
1348 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1349   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1350   \begin{errlist}
1351   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1352     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1353   \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1354     \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1355   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1356   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1357     descriptor aperti.
1358   \end{errlist}
1359 }  
1360 \end{funcproto}
1361
1362 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1363 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1364 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1365 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1366 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1367 e si limita a restituire \param{newfd}.
1368
1369 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1370 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1371 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1372 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1373   condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1374 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1375 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1376 descriptor diverso da quello voluto.
1377
1378 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1379 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1380 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1381 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1382 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1383   condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1384   indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1385   descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1386   standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1387   \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1388     condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1389 ritentare l'operazione.
1390
1391 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1392 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1393 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1394 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1395 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.  La sola
1396 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1397 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1398 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1399 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1400 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1401 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1402
1403 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1404 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1405   disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1406 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1407 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1408
1409 \begin{funcproto}{
1410 \fhead{unistd.h}
1411 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1412 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.} 
1413 }
1414
1415 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1416   un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1417   \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1418   non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1419 }  
1420 \end{funcproto}
1421
1422 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1423 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1424 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1425 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1426 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1427 \errval{EINVAL}.
1428
1429
1430 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1431 \label{sec:file_sync}
1432
1433 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1434 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1435 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1436 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1437 \func{write}.
1438
1439 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1440 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1441 dati dai buffer del kernel.  La prima di queste funzioni di sistema è
1442 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1443   partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1444   funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1445
1446 \begin{funcproto}{
1447 \fhead{unistd.h}
1448 \fdecl{void sync(void)}
1449 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.} 
1450 }
1451
1452 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}  
1453 \end{funcproto}
1454
1455 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1456 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1457 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1458 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1459 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1460 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1461 scrittura effettiva.
1462
1463 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1464 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1465 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1466 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi.  Con le nuove versioni del
1467 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1468 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1469 comportamento può essere controllato attraverso il file
1470 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1471   scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1472   del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1473   argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1474 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1475 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1476 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1477
1478 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1479 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1480 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1481 prototipi sono:
1482
1483 \begin{funcproto}{
1484 \fhead{unistd.h}
1485 \fdecl{int fsync(int fd)}
1486 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.} 
1487 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1488 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.} 
1489 }
1490
1491 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1492   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1493   \begin{errlist}
1494   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1495     che non supporta la sincronizzazione.
1496   \end{errlist}
1497   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1498   significato generico.}
1499 \end{funcproto}
1500
1501 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1502 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1503 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1504 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1505 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1506 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1507 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1508 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1509 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1510 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima
1511 modifica ed ultimo accesso.
1512
1513 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1514 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1515 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1516 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1517 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1518   con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1519   automatica delle voci delle directory.}
1520
1521 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1522 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1523 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1524 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1525 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1526 prestazioni. 
1527
1528 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1529 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1530   2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1531   specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1532 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1533 prototipo è:
1534
1535 \begin{funcproto}{
1536 \fhead{unistd.h}
1537 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1538 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1539   disco.}
1540 }
1541
1542 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1543   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1544   \begin{errlist}
1545     \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1546   \end{errlist}
1547 }  
1548 \end{funcproto}
1549
1550 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1551 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1552 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1553
1554
1555 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1556 \label{sec:file_openat}
1557
1558 \itindbeg{at-functions}
1559
1560 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1561 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1562 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1563 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1564 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1565 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1566 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1567 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1568 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1569 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1570
1571 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1572 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1573 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1574 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1575 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1576 directory di lavoro.
1577
1578 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1579 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1580 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1581 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1582 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1583 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1584 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1585   proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1586   corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1587   dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1588   pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1589   filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1590   \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1591 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1592 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino ad
1593 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1594 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1595 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1596
1597 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1598 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1599 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1600 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1601 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1602 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1603 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1604
1605 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1606 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1607 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1608 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1609 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1610 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1611 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1612 contiene.
1613
1614 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1615 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1616 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1617 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1618 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1619
1620 \begin{funcproto}{
1621 \fhead{fcntl.h}
1622 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1623 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1624 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1625   lavoro.} 
1626 }
1627
1628 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1629   \func{open}, ed in più:
1630   \begin{errlist}
1631   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1632   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1633     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1634    \end{errlist}
1635 }  
1636 \end{funcproto}
1637
1638 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1639 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1640 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1641 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1642 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1643 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1644 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1645 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1646 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1647 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1648 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1649 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1650
1651 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1652 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1653 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1654 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1655 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1656 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1657 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1658 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1659
1660 \begin{table}[htb]
1661   \centering
1662   \footnotesize
1663   \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1664     \hline
1665     \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1666     \hline
1667     \hline
1668      \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access}  \\
1669      \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod}   \\
1670      \func{fchownat}  &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1671      \funcm{fstatat}  &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat}  \\
1672      \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1673      \func{linkat}    &$\bullet$\footnotemark&\func{link}    \\
1674      \funcm{mkdirat}  & --      &\func{mkdir}   \\
1675      \funcm{mknodat}  & --      &\func{mknod}   \\
1676      \func{openat}    & --      &\func{open}    \\
1677      \funcm{readlinkat}& --     &\func{readlink}\\
1678      \funcm{renameat} & --      &\func{rename}  \\
1679      \funcm{symlinkat}& --      &\func{symlink} \\
1680      \func{unlinkat}  &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir}  \\
1681      \funcm{mkfifoat} & --      &\func{mkfifo}  \\
1682     \hline
1683   \end{tabular}
1684   \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1685     corrispettive funzioni classiche.}
1686   \label{tab:file_atfunc_corr}
1687 \end{table}
1688
1689 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1690   utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1691
1692 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1693 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1694 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1695 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1696 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1697 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1698 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1699 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1700 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1701
1702
1703 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/562488/ 
1706 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1707 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1708 % http://lwn.net/Articles/569134/ 
1709 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1710 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1711
1712
1713 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1714 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1715 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1716 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1717 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1718 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1719 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1720 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1721 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1722
1723 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1724 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1725 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1726
1727 \begin{funcproto}{
1728 \fhead{unistd.h}
1729 \fhead{fcntl.h} 
1730 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1731     group, int flags)}
1732 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.} 
1733 }
1734
1735 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1736   \func{chown}, ed in più:
1737   \begin{errlist}
1738   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1739   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1740   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1741     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1742   \end{errlist}
1743 }  
1744 \end{funcproto}
1745
1746 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1747 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1748 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1749 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1750 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1751 come \func{chown}.
1752
1753 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1754 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1755 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1756 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1757
1758 \begin{funcproto}{
1759 \fhead{unistd.h}
1760 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1761 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.} 
1762 }
1763
1764 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1765   \func{access}, ed in più:
1766   \begin{errlist}
1767   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1768   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1769   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1770     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. 
1771   \end{errlist}
1772 }  
1773 \end{funcproto}
1774
1775 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1776 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1777 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1778 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1779 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1780 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1781 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1782 \func{access}).
1783
1784
1785 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1786 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1787 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1788 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1789
1790 \begin{funcproto}{
1791 \fhead{fcntl.h}
1792 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1793 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.} 
1794 }
1795
1796 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1797   \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1798   più:
1799   \begin{errlist}
1800   \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1801   \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1802   \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1803     \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1804   \end{errlist}
1805 }  
1806 \end{funcproto}
1807
1808 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1809 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1810 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1811 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1812 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1813 risulti vuota.  Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1814 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1815 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1816 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1817
1818 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1819 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1820 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1821 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1822 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1823 questo caso essere inutile.  A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1824 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1825 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1826 simbolici.
1827
1828 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1829 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1830 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1831 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1832 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1833 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1834
1835 \begin{table}[htb]
1836   \centering
1837   \footnotesize
1838   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1839     \hline
1840     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1841     \hline
1842     \hline
1843     \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1844                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1845     \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1846                                  dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1847                                  (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1848     \const{AT\_EACCES}         & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1849                                  il controllo dei permessi sia fatto usando
1850                                  l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1851                                  reale.\\
1852     \const{AT\_REMOVEDIR}      & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1853                                  la funzione si comporti come \func{rmdir}
1854                                  invece che come \func{unlink}.\\
1855     \hline
1856   \end{tabular}  
1857   \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1858     aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.} 
1859   \label{tab:at-functions_constant_values}
1860 \end{table}
1861
1862
1863 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1864 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1865 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1866 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1867 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1868 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1869 precisione fino al nanosecondo.
1870
1871 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1872
1873 \itindend{at-functions}
1874
1875 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1876 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi 
1877 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1878
1879
1880 \subsection{Le operazioni di controllo}
1881 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1882
1883 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1884 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1885 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1886 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1887 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1888
1889 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1890 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1891 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1892   modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1893   il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1894   sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1895
1896 \begin{funcproto}{
1897 \fhead{unistd.h}
1898 \fhead{fcntl.h}
1899 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1900 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1901 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1902 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1903 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.} 
1904 }
1905
1906 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1907   in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1908   \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1909   l'unico valido in generale è:
1910   \begin{errlist}
1911   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1912   \end{errlist}
1913 }  
1914 \end{funcproto}
1915
1916 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1917 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1918 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1919 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1920 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1921 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1922 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1923 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1924
1925 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1926 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1927 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1928 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1929 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1930 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1931 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1932   maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1933   di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1934   in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1935   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1936   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1937   descrittori consentito.
1938
1939 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1940   in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1941   file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1942   \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1943   è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1944   \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1945   sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1946
1947 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1948     flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1949   terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1950   \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1951   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1952   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1953   esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1954   nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1955
1956 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1957   al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1958   successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1959   \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1960   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1961   \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1962   vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1963     3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1964     file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1965
1966 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1967   \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1968   viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1969   comando permette di rileggere il valore di quei bit
1970   dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1971   relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1972   quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1973   tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1974   funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1975   file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1976     flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1977   sez.~\ref{sec:file_open_close}. 
1978
1979 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1980   valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1981   successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1982   i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1983   modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1984   \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1985   \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1986   marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1987   \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1988   permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1989   \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1990
1991 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1992   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1993   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1994   per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1995   puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1996   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1997
1998 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1999   specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2000   in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2001   qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}.  Questa
2002   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2003
2004 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2005   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2006   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2007   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}.  Questa funzionalità è trattata in
2008   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2009
2010 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2011   processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2012   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2013   \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2014   \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2015   descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2016   urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2017   in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2018   errori diversi da \errval{EBADF}.
2019
2020   Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2021   processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2022   negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2023   \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2024   problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2025   compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2026   viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2027     dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2028     (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2029     \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2030     di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2031   mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2032   \var{errno}, cambiato di segno.
2033
2034   Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2035   alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2036   evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2037   disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2038   precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2039     cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2040     l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2041     non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2042     \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2043     generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2044   comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2045   della \acr{glibc} e del kernel.
2046
2047 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2048   l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2049     group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2050   eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2051   caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2052   possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2053   \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2054
2055   L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2056   \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2057   privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2058   in genere comunque si usa il processo corrente.  Come per \const{F\_GETOWN},
2059   per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2060   per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2061   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2062
2063   A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2064   implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2065   sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2066   \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2067   indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}.  Questo
2068   consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2069   specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2070   significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2071   \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2072   caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2073   \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2074   applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2075   interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2076   \itindex{process~group} \textit{process group}.
2077
2078 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2079   dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2080   \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2081   sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2082   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2083   descriptor \param{fd}.  Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2084   in caso di errore. Oltre a  \errval{EBADF} e da
2085   \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.  
2086
2087   Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2088   stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2089   consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2090   come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2091   viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2092   non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2093   di \const{F\_GETOWN}.  Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2094   se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2095
2096 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2097   \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2098   del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2099   \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2100   descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2101   caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2102   \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2103   un tipo di identificatore valido.
2104
2105   \begin{figure}[!htb]
2106     \footnotesize \centering
2107     \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2108       \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2109     \end{varwidth}
2110     \normalsize 
2111     \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.} 
2112     \label{fig:f_owner_ex}
2113   \end{figure}
2114
2115   Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2116   puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2117   riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2118   di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2119   lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2120   \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2121   \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2122   che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2123   \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2124   \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2125   \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2126   \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2127   partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2128   \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2129
2130 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2131   meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2132   trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2133   $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2134   errori diversi da \errval{EBADF}.  Un valore nullo indica che si sta usando
2135   il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2136   indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2137   essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2138   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2139
2140 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2141   asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2142   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2143   da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2144   di errore.  Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2145   \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido.  Un
2146   valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2147   \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2148   \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto.  Il comando è specifico di
2149   Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2150
2151   L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2152   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2153   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2154   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2155   generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2156   \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2157   potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2158   sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2159   accumulati in una coda prima della notifica.
2160
2161 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2162   \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2163   descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2164   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}.  Il comando è
2165   specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2166   \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2167   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2168
2169 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2170   di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2171   descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2172   valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2173   \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2174   valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2175   tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2176   sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2177   il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2178   amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2179     \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2180
2181   Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2182   processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2183   qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2184   \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2185   serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2186   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2187   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2188
2189 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2190   viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2191   altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2192   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2193   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2194   caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2195   definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.  Questa funzionalità, disponibile
2196   dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2197   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2198
2199 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2200   del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2201   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2202   ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2203   restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2204   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2205   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2206
2207 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2208   \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2209   o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2210   nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2211   gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2212   dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2213   presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2214   di impostare un valore troppo alto.  La dimensione minima del buffer è pari
2215   ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2216   inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2217   valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2218   modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2219   \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2220       precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2221       \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2222   superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}.  Il comando è
2223   specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2224   utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2225
2226 \end{basedescript}
2227
2228 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2229 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2230 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2231 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2232 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2233 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2234 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2235 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2236 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2237
2238 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2239 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2240 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2241 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2242 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2243 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2244 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2245 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2246
2247
2248 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2249 % \label{sec:file_ioctl}
2250
2251 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2252 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2253 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2254 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2255 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2256 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2257 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2258 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2259
2260 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2261 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2262 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2263
2264 \begin{funcproto}{
2265 \fhead{sys/ioctl.h}
2266 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2267 \fdesc{Esegue una operazione speciale.} 
2268 }
2269
2270 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2271   alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2272   sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2273   valori:
2274   \begin{errlist}
2275   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2276     validi.
2277   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2278     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2279     riferimento \param{fd}.
2280   \end{errlist}
2281   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2282 \end{funcproto}
2283
2284
2285 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2286 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2287 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2288 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2289 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2290 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2291 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2292 omesso, e per altre è un semplice intero.
2293
2294 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2295 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2296 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2297 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2298 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2299
2300 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2301 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2302 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2303 \begin{itemize*}
2304 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2305 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2306 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2307 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2308 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2309 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2310   speaker.
2311 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2312   ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2313     delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2314     successivi (come ext3).}
2315 \end{itemize*}
2316
2317 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2318 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2319 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2320 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2321 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2322   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2323   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2324   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2325   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2326   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2327 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2328 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2329 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2330 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2331 imprevedibili o indesiderati.
2332
2333 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2334 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2335 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2336 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2337 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2338 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2339 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. 
2340
2341 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2342 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2343 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2344 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2345 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2346 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2347 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2348   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2349   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2350   eventuale valore viene ignorato.
2351 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2352   \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2353   operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2354   eventuale valore viene ignorato.
2355 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2356   file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2357   deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2358   che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2359   nullo abilita).
2360 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2361   bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2362   tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2363   disabilita, un valore non nullo abilita).
2364 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2365   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2366   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2367   valore specifica il PID del processo.
2368 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2369   \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2370   essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2371   scritto il PID del processo.
2372 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2373   file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2374   descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2375   sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2376   terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2377   \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2378 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2379   directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2380   \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2381   (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2382 \end{basedescript}
2383
2384 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2385 % http://lwn.net/Articles/429345/ 
2386
2387 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2388 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2389 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2390 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2391 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2392 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2393 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2394 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2395 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2396 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2397 due funzioni sono rimaste.
2398
2399 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2400 % (bassa/bassissima priorità)
2401 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2402 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2403
2404 % \chapter{}
2405
2406 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2407 \label{sec:files_std_interface}
2408
2409
2410 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2411 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2412 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2413
2414 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2415 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2416 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2417 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2418 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2419 delle \acr{glibc} per la gestione dei file.
2420
2421 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2422 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2423 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2424 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2425
2426
2427 \subsection{I \textit{file stream}}
2428 \label{sec:file_stream}
2429
2430 \itindbeg{file~stream}
2431
2432 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2433 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2434 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2435
2436 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2437 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2438 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2439 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2440 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2441 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2442 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2443
2444 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2445 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori.  La caratteristica
2446 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2447 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2448 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2449 all'ottenimento della massima efficienza.
2450
2451 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2452 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2453 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2454 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2455 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2456 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2457
2458 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2459 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2460 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2461 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2462 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2463 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2464 accesso.
2465
2466 \itindend{file~stream}
2467
2468 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2469 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2470 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2471 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2472 indicatori di stato e di fine del file.
2473
2474 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2475 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2476 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2477 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2478 sinonimo di \textit{stream}.  Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2479 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2480 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2481
2482 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2483 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2484 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2485 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2486 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2487
2488 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2489 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2490   cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2491   in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2492   prende i caratteri dalla tastiera.
2493 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2494     output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2495   ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2496   all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2497 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} \textit{standard error}
2498   cioè il \textit{file stream} su cui il processo è supposto inviare i
2499   messaggi di errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output
2500   del terminale e scrive sullo schermo.
2501 \end{basedescript}
2502
2503 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2504 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2505 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2506 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2507 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2508 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2509 usare la funzione \func{freopen}.
2510
2511
2512 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2513 \label{sec:file_buffering}
2514
2515 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2516 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2517 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2518 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2519 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2520 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2521 file.
2522
2523 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2524 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2525 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2526 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2527 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2528 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2529 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2530 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2531 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2532 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2533 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2534
2535 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2536 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2537 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2538 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2539 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2540 input/output sul terminale.
2541
2542 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2543 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2544 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2545 \begin{itemize}
2546 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2547   caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2548   (effettuando immediatamente una \func{write});
2549 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2550   trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2551   \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2552   quando si preme invio);
2553 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2554   trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2555 \end{itemize}
2556
2557 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2558 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2559 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2560 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2561 modalità \textit{fully buffered}.
2562
2563 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2564 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2565 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2566 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2567 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2568 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2569 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2570
2571 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2572   input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2573 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2574 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2575 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2576
2577 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2578 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2579 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2580 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2581 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2582 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2583 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2584
2585 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2586 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2587 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2588 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2589 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2590 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2591 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2592 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2593
2594
2595
2596 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2597 \label{sec:file_fopen}
2598
2599 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2600 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2601   \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2602   dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2603
2604 \begin{funcproto}{
2605 \fhead{stdio.h}
2606 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2607 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.} 
2608 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2609 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.} 
2610 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2611 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.} 
2612 }
2613
2614 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2615   successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2616   valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2617   gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2618   le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2619   \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2620   \func{freopen}.}
2621 \end{funcproto}
2622
2623 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2624 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2625 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2626 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2627 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2628
2629 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2630 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2631 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2632 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2633 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2634
2635 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2636 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2637 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2638 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2639 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2640
2641 \begin{table}[htb]
2642   \centering
2643   \footnotesize
2644   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2645     \hline
2646     \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2647     \hline
2648     \hline
2649     \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2650                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2651                  file.\\ 
2652     \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2653                  scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2654                  file.\\ 
2655 %    \hline
2656     \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2657                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2658                  scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2659                  file.\\ 
2660     \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2661                  creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2662                  lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2663                  file.\\ 
2664 %    \hline
2665     \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2666                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2667                  posto in sola scrittura.\\
2668     \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2669                  \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2670                  posto in lettura e scrittura.\\
2671     \hline
2672     \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2673     \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2674     \hline
2675   \end{tabular}
2676   \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2677     che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2678   \label{tab:file_fopen_mode}
2679 \end{table}
2680
2681 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2682 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2683 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2684 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2685 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2686 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2687 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2688 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2689
2690 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2691 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2692 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2693 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2694 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2695 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2696
2697 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2698 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2699 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2700 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2701 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2702
2703 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2704 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2705 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2706 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2707 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2708 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2709 chiusura dello \textit{stream}.
2710
2711 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2712 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2713 impostati al valore
2714 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2715 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2716 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2717 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2718 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2719 alcuna operazione di I/O sul file.
2720
2721 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2722 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2723 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2724 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2725 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2726 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. 
2727
2728 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2729 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2730 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2731 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2732 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2733 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2734 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2735
2736 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2737 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2738
2739 \begin{funcproto}{
2740 \fhead{stdio.h}
2741 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2742 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.} 
2743 }
2744
2745 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2746   qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2747   descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2748   specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2749   \func{write} o \func{fflush}).
2750 }
2751 \end{funcproto}
2752
2753 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2754 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2755 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2756 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2757 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2758 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2759 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2760
2761 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2762 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2763 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2764
2765 \begin{funcproto}{
2766 \fhead{stdio.h}
2767 \fdecl{int fcloseall(void)}
2768 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.} 
2769 }
2770
2771 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2772   qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}  
2773 \end{funcproto}
2774
2775 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2776 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2777 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2778 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2779 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2780 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2781
2782
2783 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2784 \label{sec:file_io}
2785
2786 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2787 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2788 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2789 input/output non formattato:
2790 \begin{itemize}
2791 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2792    dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2793    descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2794 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2795    con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2796    trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2797 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2798    (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2799    sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2800 \end{itemize}
2801 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2802 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2803
2804 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2805 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2806 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2807
2808 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2809 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2810 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2811 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2812 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2813 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2814 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le \acr{glibc} usano il
2815 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2816
2817 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2818 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2819 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2820 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2821
2822 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2823 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2824 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2825 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2826 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2827 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2828
2829 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2830 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2831 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2832 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2833 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2834 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2835
2836 \begin{funcproto}{
2837 \fhead{stdio.h}
2838 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2839 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.} 
2840 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2841 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.} 
2842 }
2843
2844 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2845   impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2846 \end{funcproto}
2847
2848 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2849 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2850 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2851 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2852
2853 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2854 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2855
2856 \begin{funcproto}{
2857 \fhead{stdio.h}
2858 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2859 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2860   \textit{stream}.}
2861 }
2862
2863 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}  
2864 \end{funcproto}
2865
2866 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2867 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2868 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2869 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2870 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2871 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2872 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2873
2874 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2875 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2876 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2877 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2878 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2879 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2880 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2881 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2882 file di dati.
2883
2884 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2885 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2886 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2887 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2888 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2889 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2890 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2891 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2892 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2893 l'offset rispetto al record corrente.
2894
2895 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2896 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2897 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2898 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2899 rispettivi prototipi sono:
2900
2901 \begin{funcproto}{
2902 \fhead{stdio.h}
2903 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2904 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.} 
2905 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2906 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.} 
2907 }
2908
2909 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2910   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2911   \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2912 \end{funcproto}
2913
2914 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2915 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2916 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2917 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2918 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.  La funzione restituisce 0 in caso di
2919 successo e -1 in caso di errore.
2920
2921 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2922 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2923 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2924 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2925
2926 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2927 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2928
2929 \begin{funcproto}{
2930 \fhead{stdio.h}
2931 \fdecl{long ftell(FILE *stream)} 
2932 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.} 
2933 }
2934
2935 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2936   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà  i valori di \func{lseek}.}  
2937 \end{funcproto}
2938
2939 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2940 \textit{stream}.
2941
2942 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2943 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2944 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2945 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2946 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2947 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2948
2949 \begin{funcproto}{
2950 \fhead{stdio.h}
2951 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2952 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.} 
2953 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2954 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.} 
2955 }
2956
2957 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2958   caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2959 \end{funcproto}
2960
2961 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2962 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2963 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2964 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2965 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2966 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2967 sistemi più moderni.
2968
2969 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2970
2971
2972
2973 \subsection{Input/output binario}
2974 \label{sec:file_binary_io}
2975
2976 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2977 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2978 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2979 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2980 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2981 i rispettivi prototipi sono:
2982
2983 \begin{funcproto}{
2984 \fhead{stdio.h} 
2985 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2986 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.} 
2987 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, 
2988   FILE *stream)}
2989 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.} 
2990 }
2991
2992 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2993   errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2994   richiesto.}
2995 \end{funcproto}
2996
2997 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2998 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}.  In
2999 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3000 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3001 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3002 chiamata del tipo:
3003 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3004 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3005 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3006 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3007 si avrà allora una chiamata tipo:
3008 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3009 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3010 elemento. 
3011
3012 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3013 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3014 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3015 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3016
3017 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3018 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3019 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3020 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3021 corrispondente alla quantità di dati letti).
3022
3023 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3024 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3025 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3026 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3027 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3028 problema.
3029
3030 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3031 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3032 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3033 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3034 stesso programma che li ha prodotti.
3035
3036 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3037 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3038 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3039 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3040 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3041 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3042 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3043 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3044
3045 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3046 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3047 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3048 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3049 eventuali differenze.
3050
3051 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3052 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3053 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3054 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3055 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3056
3057 \begin{funcproto}{
3058 \fhead{stdio.h}
3059 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3060     nmemb, FILE *stream)}
3061 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3062     size\_t nmemb, FILE *stream)}
3063 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3064   implicito sullo stesso.} 
3065 }
3066
3067 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3068   \func{fwrite}.}
3069 \end{funcproto}
3070
3071 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3072
3073
3074 \subsection{Input/output a caratteri}
3075 \label{sec:file_char_io}
3076
3077 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3078 trasferisce un carattere alla volta.  Le funzioni per la lettura a
3079 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3080 rispettivi prototipi sono:
3081
3082 \begin{funcproto}{
3083 \fhead{stdio.h}
3084 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3085 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3086 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.} 
3087 \fdecl{int getchar(void)}
3088 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.} 
3089 }
3090
3091 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3092   errore o se si arriva alla fine del file.}  
3093 \end{funcproto}
3094
3095 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3096 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3097 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3098 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3099 \code{getc(stdin)}.
3100
3101 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3102 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3103 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3104 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3105 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3106 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3107 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3108 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3109
3110 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3111 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3112 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3113 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3114 precedenza nel tipo di argomento).
3115
3116 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3117 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3118 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3119 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3120
3121 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3122 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3123 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3124 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3125 è:
3126
3127 \begin{funcproto}{
3128 \fhead{stdio.h} 
3129 \fhead{wchar.h}
3130 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3131 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3132 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.} 
3133 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3134 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3135     input}.} 
3136 }
3137
3138 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3139   un errore o se si arriva alla fine del file.}  
3140 \end{funcproto}
3141
3142 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3143 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3144 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3145 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3146
3147 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3148 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3149 loro prototipi sono:
3150
3151 \begin{funcproto}{
3152 \fhead{stdio.h} 
3153 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3154 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3155 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3156 \fdecl{int putchar(int c)}
3157 \fdesc{Scrive un byte sullo  \itindex{standard~output} \textit{standard
3158     output}.}
3159 }
3160
3161 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3162   \val{EOF} per un errore.}  
3163 \end{funcproto}
3164
3165 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3166 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3167 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3168 \code{putc(stdout)}.  Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3169 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3170 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3171 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3172 ritorno è \val{EOF}.
3173
3174 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3175 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3176 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3177 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3178 il lock implicito dello \textit{stream}.
3179
3180 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3181 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3182 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3183
3184 \begin{funcproto}{
3185 \fhead{stdio.h} 
3186 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3187 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.} 
3188 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3189 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.} 
3190 }
3191
3192 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3193   \val{EOF} per un errore.}
3194 \end{funcproto}
3195
3196 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3197 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3198 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3199 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3200
3201 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3202 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3203 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3204 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3205 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3206 viene dopo.
3207
3208 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3209 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3210 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3211 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3212
3213 \begin{funcproto}{
3214 \fhead{stdio.h}
3215 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3216 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.} 
3217 }
3218
3219 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3220   errore.}  
3221 \end{funcproto}
3222  
3223 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3224 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3225 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3226 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3227 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3228 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3229
3230 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3231 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3232 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3233 indietro l'ultimo carattere letto.  Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3234 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3235 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3236
3237 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3238 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3239 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3240
3241 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3242 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3243 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3244 rimandati indietro vengono scartati.
3245
3246
3247 \subsection{Input/output di linea}
3248 \label{sec:file_line_io}
3249
3250 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3251 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3252 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3253 caratteristiche più controverse.
3254
3255 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3256 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3257 prototipi sono:
3258
3259 \begin{funcproto}{
3260 \fhead{stdio.h}
3261 \fdecl{char *gets(char *string)}
3262 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3263   \textit{standard input}.}
3264 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3265 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.} 
3266 }
3267
3268 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3269   scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3270 \end{funcproto}
3271  
3272 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3273 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3274 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3275 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3276 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3277 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3278 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3279 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3280 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3281 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3282
3283 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3284 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.  L'uso di
3285 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3286 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3287 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3288 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3289 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3290   molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3291
3292 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3293 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3294 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3295 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3296 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3297 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3298 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3299 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3300
3301 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3302 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3303 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3304 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3305 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3306 caratteri.  Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3307 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3308 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3309 successiva.
3310
3311 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3312 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3313 rispettivi prototipi sono:
3314
3315 \begin{funcproto}{
3316 \fhead{stdio.h}
3317 \fdecl{int puts(char *string)}
3318 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo  \itindex{standard~output}
3319   \textit{standard output}.}
3320 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3321 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.} 
3322 }
3323
3324 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3325   per un errore.}
3326 \end{funcproto}
3327
3328 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3329 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3330   output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3331 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3332 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3333 messaggi sullo \itindex{standard~output} \textit{standard output}; la funzione
3334 prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il
3335 ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di
3336 specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge
3337 il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3338
3339 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3340 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3341 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3342 loro prototipi sono:
3343
3344 \begin{funcproto}{
3345 \fhead{wchar.h}
3346 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3347 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3348 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3349 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.} 
3350 }
3351
3352 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3353   negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3354   fine del file.}
3355 \end{funcproto}
3356
3357
3358 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3359 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3360 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3361 da \param{stream}.  Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3362 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3363 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3364 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3365
3366 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3367 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3368 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3369 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3370 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3371 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3372 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3373
3374 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3375 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3376 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3377 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3378 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3379 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3380 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3381 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3382 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3383 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3384
3385 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3386 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3387 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3388 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3389 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3390 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3391 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3392
3393 \begin{funcproto}{
3394 \fhead{stdio.h}
3395 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3396 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.} 
3397 }
3398
3399 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3400   per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3401 \end{funcproto}
3402
3403 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3404 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3405 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3406 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3407 stringa da leggere. 
3408
3409 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3410 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3411 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3412 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3413 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3414 dimensioni del buffer suddetto.
3415
3416 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3417 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3418 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3419 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3420 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3421 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3422 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3423
3424 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3425 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3426 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3427 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3428 essere il seguente: 
3429 \includecodesnip{listati/getline.c} 
3430 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3431 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3432 \var{ptr}.
3433
3434 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3435 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3436 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3437 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3438 il \textit{newline} per terminare la stringa.  Se si è alla fine del file e
3439 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3440 $-1$.
3441
3442 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3443 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3444 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3445 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3446
3447 \begin{funcproto}{
3448 \fhead{stdio.h}
3449 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} 
3450 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3451   scelto.} 
3452 }
3453
3454 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3455   \func{getline}.}
3456 \end{funcproto}
3457
3458 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3459 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3460 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3461 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3462 dell'argomento \param{delim}.
3463
3464
3465 \subsection{Input/output formattato}
3466 \label{sec:file_formatted_io}
3467
3468 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3469 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3470 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3471 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3472
3473 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3474 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3475 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3476
3477 \begin{funcproto}{
3478 \fhead{stdio.h} 
3479 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3480 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3481   \textit{standard output}.}
3482 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3483 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.} 
3484 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)} 
3485 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3486 }
3487
3488 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3489   valore negativo per un errore.}  
3490 \end{funcproto}
3491
3492
3493 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3494 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3495 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3496
3497 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3498 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3499 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3500 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3501 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3502 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3503 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3504 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3505
3506 \begin{funcproto}{
3507 \fhead{stdio.h}
3508 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)} 
3509 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.} 
3510 }
3511
3512 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3513   \func{sprintf}.}
3514 \end{funcproto}
3515
3516 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3517 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3518 non possa essere sovrascritto.
3519
3520 \begin{table}[!htb]
3521   \centering
3522   \footnotesize
3523   \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3524     \hline
3525     \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3526     \hline
3527     \hline
3528    \cmd{\%d} &\ctyp{int}         & Stampa un numero intero in formato decimale
3529                                    con segno.\\
3530    \cmd{\%i} &\ctyp{int}         & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3531    \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3532    \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3533                                    decimale senza segno.\\
3534    \cmd{\%x}, 
3535    \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3536                                    rispettivamente con lettere minuscole e
3537                                    maiuscole.\\
3538    \cmd{\%f} &\ctyp{double}      & Stampa un numero in virgola mobile con la
3539          &n