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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
16 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
17 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
18 del sistema, detta dei \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
19 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
20 funzionalità evolute come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
21 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
22 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
23 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
24 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
25 ultime le caratteristiche più avanzate.
28 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
29 \label{sec:file_unix_interface}
32 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
33 tramite il \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
34 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
35 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
36 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
37 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
38 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
39 modalità con cui consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
42 \subsection{I \textit{file descriptor}}
45 \itindbeg{file~descriptor}
47 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
48 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
49 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
50 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
52 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
53 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
54 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
55 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare \itindex{inode}
56 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
57 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
58 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
59 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
60 comunicazione impedendo ogni ulteriore operazione.
62 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
63 intero non negativo, che viene chiamato \textit{file descriptor}. Quando un
64 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
65 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
66 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
68 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
69 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
70 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
71 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
72 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
73 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
74 \itindex{file~table} \textit{file table}.
76 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
77 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
78 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
79 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
80 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
81 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
82 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
83 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
84 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
87 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
88 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
89 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
90 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
91 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
92 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
93 gestione dei file, ed in particolare:
95 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
101 realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
102 a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
104 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
105 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
106 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
111 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
112 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
113 l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
114 \label{fig:file_proc_file}
117 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
118 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
119 interrelazioni fra la \itindex{file~table} \textit{file table}, la
120 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
121 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
123 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
124 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
125 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
128 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
129 \item il numero di file aperti dal processo.
130 \item una tabella di puntatori alla relativa voce nella \itindex{file~table}
131 \textit{file table} per ciascun file aperto.
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.
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.
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.
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}.
170 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
172 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
175 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
177 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
179 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
183 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
184 \label{tab:file_std_files}
187 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
188 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
189 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
190 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
191 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
192 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
193 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
194 file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
195 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
196 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
197 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
198 più volte lo stesso file.
200 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
201 table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
202 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
203 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
204 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
205 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
206 table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
207 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
209 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
210 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
211 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
212 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
213 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
214 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
215 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
219 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
220 \label{sec:file_open_close}
222 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
223 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
224 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
225 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
226 nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
227 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
233 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
234 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
236 \fdesc{Apre un file.}
239 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
240 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
242 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
243 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
244 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
245 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
246 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
247 l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
248 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
249 standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
250 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
251 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
252 \param{pathname} è un collegamento simbolico.
253 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
254 dispositivo che non esiste.
255 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
256 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente.
257 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
258 \param{pathname} non è una directory.
259 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
260 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
261 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
263 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
264 amministratori né proprietari del file.
265 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
266 di un programma in esecuzione.
267 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
268 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
270 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
271 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
272 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
275 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
276 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
277 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
278 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
279 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
280 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
281 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
282 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
283 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
285 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
286 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
287 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
288 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
289 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
290 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
291 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
292 input} dato che avrà il file descriptor 0.
294 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
295 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
296 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
297 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
298 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
299 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
300 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
301 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
302 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
304 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
305 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
306 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
307 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
308 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
309 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
310 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
311 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
313 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
314 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
315 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
316 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
317 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
318 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
320 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
321 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
322 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
323 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
324 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
325 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
330 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
332 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
335 \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
336 \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
337 \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
340 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
341 nell'apertura di un file.}
342 \label{tab:open_access_mode_flag}
345 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
346 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
347 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
348 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
349 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
350 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
351 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
352 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
353 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
354 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
355 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
356 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
357 sez.~\ref{sec:file_ioctl}).}
359 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
360 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
361 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
362 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}), il relativo valore può
363 essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
364 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
365 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
366 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
367 definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
368 \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
369 un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
370 alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
372 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
373 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
374 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
375 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
376 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
377 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
378 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
379 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
380 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
381 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
382 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
387 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
389 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
392 \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
393 di titolarità del file viste in
394 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
395 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
396 essere sempre specificato.\\
397 \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
398 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
399 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
400 serve ad evitare dei possibili
401 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
402 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
403 viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
404 associato ad una unità a nastri. Non viene
405 usato al di fuori dell'implementazione di
406 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
407 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
408 \const{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
409 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
410 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
411 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
412 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
413 \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
414 l'apertura di file molto grandi, la cui
415 dimensione non è rappresentabile con la versione a
416 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
417 l'interfaccia alternativa abilitata con la
418 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
419 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
420 sempre preferibile usare la conversione automatica
421 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
422 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
424 \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
425 di terminale, questo non diventerà il terminale di
426 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
427 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
428 \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
429 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
430 aggiunta in Linux a partire dal kernel
431 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
432 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
433 \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
434 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
435 una fifo viene ignorato, negli altri casi il
436 comportamento non è specificato.\\
439 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
441 \label{tab:open_time_flag}
444 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
445 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
446 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
447 bloccato nelle risposte all'attacco.}
449 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
450 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
451 flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
452 \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
453 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
454 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
455 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
456 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
457 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
458 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
459 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
460 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
461 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
462 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
463 file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
464 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
465 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
466 lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
468 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
469 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
470 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
471 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
472 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
473 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
474 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
475 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
476 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
477 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
478 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
483 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
485 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
488 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
489 \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
490 sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
491 sulla sua coda, per cui quanto si scrive
492 viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
493 NFS questa funzionalità non è supportata
494 e viene emulata, per questo possono verificarsi
495 \itindex{race~condition} \textit{race
496 condition} con una sovrapposizione dei dati se
497 più di un processo scrive allo stesso tempo. \\
498 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
499 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è
500 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
501 tutte le volte che il file è pronto per le
502 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
503 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
504 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
505 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
506 in fase di apertura del file, deve
507 invece essere attivato successivamente con
509 \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
510 \textit{close-on-exec} (vedi
511 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
512 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
513 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
514 \itindex{race~condition} \textit{race condition}
515 che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
516 fra l'apertura del file e l'impostazione della
517 suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
518 sez.~\ref{sec:file_fcntl}).\\
519 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
520 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
521 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
522 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
523 utilizzabile soltanto se si è definita la
524 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
525 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
526 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
527 molti filesystem questa funzionalità non è
528 disponibile per il singolo file ma come opzione
529 generale da specificare in fase di
530 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
531 utilizzabile soltanto se si è definita la
532 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
533 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
534 le operazioni di I/O (vedi
535 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
536 il fallimento delle successive operazioni di
537 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
538 per la loro esecuzione immediata, invece del
539 blocco delle stesse in attesa di una successiva
540 possibilità di esecuzione come avviene
541 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
542 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
543 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
544 una \func{ioctl} (vedi
545 sez.~\ref{sec:file_ioctl}).\\
546 \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
547 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
548 una \func{read} con un valore nullo e non con un
549 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
550 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
551 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
552 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
553 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
554 scrittura si bloccherà fino alla conferma
555 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
556 sull'hardware sottostante (in questo significato
557 solo dal kernel 2.6.33).\\
558 \const{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
559 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
560 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
561 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
562 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
565 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
567 \label{tab:open_operation_flag}
570 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
571 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
572 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
573 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
574 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
575 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
576 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
577 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
578 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
579 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
580 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
581 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
583 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
584 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
585 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
586 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
587 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
588 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
589 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
590 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
591 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
592 sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
594 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
595 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
596 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
597 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
598 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
599 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
600 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
601 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
602 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
605 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
606 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
607 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
608 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
609 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
610 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
611 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
612 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
613 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
614 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
616 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
617 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
618 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
619 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
620 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
621 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
622 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
623 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
625 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
626 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
627 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
628 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
630 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
631 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
632 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
633 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
634 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
635 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
636 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
637 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
638 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
639 sincronizzazione non sia completata.
641 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
642 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
643 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
644 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
645 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
646 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
647 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
648 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
649 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
650 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
651 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
653 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
654 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
656 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
657 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
658 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
659 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
660 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
664 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
665 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
668 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
669 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
673 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
674 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
675 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
678 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
679 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
680 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
681 disponibile; il suo prototipo è:
685 \fdecl{int close(int fd)}
686 \fdesc{Chiude un file.}
689 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
690 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
692 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
693 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
695 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
698 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
699 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
700 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
701 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
702 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
703 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
704 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
705 su disco quest'ultimo viene cancellato.
707 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
708 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
709 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
710 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
711 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
712 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
713 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
714 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
715 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
716 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
717 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
719 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
720 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
721 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
722 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
723 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
724 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
725 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
726 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
727 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
730 \subsection{La gestione della posizione nel file}
731 \label{sec:file_lseek}
733 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
734 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
735 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
736 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
737 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
738 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
740 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
741 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
742 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
743 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
748 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
749 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
752 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
753 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
755 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
756 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
757 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
760 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
763 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
764 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
765 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
766 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
767 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
768 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
769 \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
770 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
771 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
772 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
773 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
774 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
779 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
781 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
784 \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
785 deve essere positivo, di \param{offset} indica
786 direttamente la nuova posizione corrente.\\
787 \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
788 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
789 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
791 \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
792 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
793 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
796 \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
797 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
798 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
800 \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
801 \textit{hole} nel file che segue o inizia
802 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
803 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
804 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
805 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
807 \end{tabular} \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di
809 \label{tab:lseek_whence_values}
813 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
814 % http://lwn.net/Articles/439623/
816 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
817 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
818 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
819 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
820 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
821 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
823 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
824 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
825 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
826 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
827 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
828 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
829 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
830 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
831 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
833 \itindbeg{sparse~file}
835 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
836 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
837 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
838 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
839 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
840 file. Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
841 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
842 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
843 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
844 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
846 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
847 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
848 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
849 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
850 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
851 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
852 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
853 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
854 quella parte del file.
856 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
857 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
858 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
859 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
860 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
861 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
862 effettivamente allocati per il file.
864 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
865 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
866 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
867 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
868 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
869 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
870 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
871 sez.~\ref{sec:file_stat}.
873 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
874 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
875 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
876 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
877 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
878 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
879 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
880 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
881 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
884 \itindend{sparse~file}
886 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
887 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
888 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
889 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
890 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
891 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
892 file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
893 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
894 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
895 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
896 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
897 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
900 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
901 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
902 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
903 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
904 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
905 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
906 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
907 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
908 (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}).
912 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
913 \label{sec:file_read}
915 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
916 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
921 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
922 \fdesc{Legge i dati da un file.}
925 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
926 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
928 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
929 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
930 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
931 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
932 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
933 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
934 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
936 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
937 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
939 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
940 significato generico.}
943 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
944 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
945 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
946 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
947 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
948 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
949 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
950 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
952 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
953 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
954 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
955 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
956 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
957 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
958 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
959 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
960 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
962 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
963 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
964 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
965 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
966 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
967 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
968 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
969 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
971 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
972 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
973 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
974 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
975 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
976 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
977 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
979 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
980 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
981 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
982 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
983 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
984 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
985 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
986 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
987 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
988 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
989 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
990 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
991 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
992 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
993 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
995 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
996 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
997 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
998 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
999 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1000 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1001 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1002 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1003 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1004 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1008 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1009 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1012 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1013 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1014 \func{read} e \func{lseek}.}
1017 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1018 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1019 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1020 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1021 modificare la posizione corrente.
1023 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1024 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1025 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1026 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1027 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1028 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1030 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1031 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1032 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1034 #define _XOPEN_SOURCE 500
1036 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1037 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1041 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1042 \label{sec:file_write}
1044 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1045 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1050 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1051 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1054 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1055 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1057 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1058 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1059 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1060 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1061 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1062 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1063 potuto scrivere qualsiasi dato.
1064 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1065 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1066 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1067 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1068 \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1069 funzione ritorna questo errore.
1071 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1072 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1076 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1077 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1078 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1079 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1080 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1081 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1082 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1083 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1085 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1086 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1087 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1088 stesso comportamento di \func{read}.
1090 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1091 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1092 nel file, il suo prototipo è:
1096 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1097 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1100 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1101 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1102 \func{write} e \func{lseek}.}
1105 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1108 \section{Caratteristiche avanzate}
1109 \label{sec:file_adv_func}
1111 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1112 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1113 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1114 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1115 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1118 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1119 \label{sec:file_shared_access}
1121 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1122 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1123 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1124 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1125 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1128 \begin{figure}[!htb]
1130 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1131 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1133 \label{fig:file_mult_acc}
1136 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1137 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1138 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1139 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1140 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1141 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1142 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1144 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1145 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1146 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1147 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1148 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1151 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1152 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1153 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1154 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1155 della struttura \kstruct{inode}.
1156 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1157 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1158 prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1159 \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1160 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1161 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1162 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1163 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1164 dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1167 \begin{figure}[!htb]
1169 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1170 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1171 \label{fig:file_acc_child}
1174 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1175 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1176 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1177 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1178 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1179 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1180 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1181 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1183 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1184 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1185 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1186 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1187 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1188 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1189 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1190 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1191 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1192 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1193 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1194 figlio che occorre tenere presente.
1196 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1197 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1198 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1199 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}) si applicherebbe a tutti
1200 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1201 table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1202 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1203 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1204 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1205 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1206 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1208 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1209 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1210 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1211 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1212 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1213 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1214 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1215 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1217 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1218 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1219 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1220 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1221 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1222 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1223 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1224 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1225 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1227 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1228 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1229 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1230 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1231 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1232 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1233 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1234 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1235 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1236 del secondo processo.
1238 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1239 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1240 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1241 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1242 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1243 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1244 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1245 effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene
1246 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1247 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1250 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1251 \label{sec:file_dup}
1253 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1254 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1255 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1256 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1261 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1262 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1265 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1266 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1268 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1269 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1275 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1276 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1277 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1278 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1279 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1280 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1281 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1282 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1283 da cui il nome della funzione.
1285 \begin{figure}[!htb]
1286 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1287 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1288 \label{fig:file_dup}
1291 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1292 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1293 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1294 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1295 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1296 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1297 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento.
1299 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1300 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1301 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1302 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1303 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1304 sez.~\ref{sec:file_fcntl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1305 restituito come copia.
1307 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1308 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1309 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1310 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1311 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1312 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe).
1314 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1315 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1316 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1317 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1318 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1319 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1320 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1321 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1322 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1323 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1324 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1326 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1327 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1328 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1329 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1330 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1331 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1332 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1336 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1337 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1340 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1341 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1343 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1344 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1345 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1346 \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1347 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1348 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1354 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1355 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1356 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1357 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1358 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1359 e si limita a restituire \param{newfd}.
1361 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1362 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1363 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1364 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1365 condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1366 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1367 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1368 descriptor diverso da quello voluto.
1370 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1371 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1372 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1373 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1374 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1375 condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1376 indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1377 descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1378 standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1379 \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1380 condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1381 ritentare l'operazione.
1383 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1384 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1385 sez.~\ref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}. L'operazione ha
1386 la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
1387 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola differenza fra le due
1388 funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di errore) è che \func{dup2}
1389 chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che
1390 la duplicazione sia effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl}
1391 restituisce il primo file descriptor libero di valore uguale o maggiore
1392 di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su
1393 un altro file descriptor.
1395 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1396 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1397 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1398 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1399 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1403 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1404 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1407 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1408 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1409 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1410 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1414 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1415 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1416 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1417 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1418 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1422 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1423 \label{sec:file_sync}
1425 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1426 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1427 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1428 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1431 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1432 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1433 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1434 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1435 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1436 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1440 \fdecl{void sync(void)}
1441 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1444 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1447 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1448 operazioni, ritornando immediatamente; con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1449 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1450 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1451 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1452 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1453 scrittura effettiva.
1455 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1456 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1457 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1458 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi, ad esempio il valore
1459 tradizionale usato da BSD era di 30 secondi, mentre su Linux il valore
1460 utilizzato è di 5 secondi.
1462 Con le nuove versioni del kernel le operazioni di scarico periodico dei dati
1463 su disco vengono gestite direttamente dal sistema della memoria virtuale,
1464 attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui comportamento può
1465 essere controllato attraverso il file \sysctlfile{vm/bdflush}. Per il
1466 significato dei valori si può leggere la documentazione allegata ai sorgenti
1467 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}. Si tenga presente che
1468 la funzione di sistema \funcm{bdflush} che un tempo veniva usata per queste
1469 impostazioni è deprecata e causa semplicemente la stampa di un messaggio nei
1470 log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1472 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un singolo file (ad esempio
1473 essere sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si
1474 possono usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i
1479 \fdecl{int fsync(int fd)}
1480 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1481 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1482 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1485 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1486 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1488 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1489 che non supporta la sincronizzazione.
1491 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO} nel loro
1492 significato generico.}
1495 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1496 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
1497 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file (che
1498 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
1499 altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono con
1500 \func{fstat}, come i tempi del file).
1502 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
1503 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
1504 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
1505 il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
1506 il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
1511 % TODO, aggiungere syncfs, introdotta con il 2.6.39
1514 \subsection{Le funzioni \func{openat}, \func{mkdirat} e affini}
1515 \label{sec:file_openat}
1517 \itindbeg{at-functions}
1519 Un problema che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così come per
1520 molte altre funzioni che accettano come argomenti dei
1521 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è che, quando un
1522 \textit{pathname} relativo non fa riferimento alla \index{directory~di~lavoro}
1523 directory di lavoro corrente, è possibile che alcuni dei suoi componenti
1524 vengano modificati in parallelo alla chiamata a \func{open}, e questo lascia
1525 aperta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1527 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1528 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1529 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1530 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1531 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1532 directory di lavoro.
1534 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1535 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1536 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1537 funzioni, dette anche funzioni ``\textit{at}'' in quanto contraddistinte dal
1538 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1539 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1540 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1541 proposta dello sviluppatore principale delle \acr{glibc} Urlich Drepper; le
1542 corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel ufficiale
1543 a partire dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una
1544 emulazione che, sia pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo
1545 ricorso all'uso del filesystem \textit{proc} con l'apertura del file
1546 attraverso il riferimento a \textit{pathname} del tipo di
1547 \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.} Benché queste funzioni non
1548 siano presenti negli standard tradizionali esse sono state adottate da vari
1549 Unix\footnote{oltre a Linux e Solaris sono presenti in vari BSD.} fino ad
1550 essere incluse nella recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1551 POSIX.1; con le \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1552 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1554 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1555 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1556 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1557 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1558 directory come punto di partenza per la risoluzione.\footnote{in questo modo,
1559 anche quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può
1560 mantenere una \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per
1563 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1564 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1565 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1566 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1567 profonde; infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1568 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1569 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1572 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1573 argomento il file descriptor della directory da usare come base, mentre gli
1574 argomenti successivi restano identici a quelli della corrispondente funzione
1575 ordinaria; ad esempio nel caso di \funcd{openat} avremo che essa è definita
1580 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1581 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t
1583 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1587 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1588 \func{open}, ed in più:
1590 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1591 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1592 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1597 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1598 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1599 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1600 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1601 da \param{dirfd}; qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1602 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1604 \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD},\footnote{questa,
1605 come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h},
1606 pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque questo file,
1607 anche per le funzioni che non sono definite in esso.} la risoluzione sarà
1608 effettuata rispetto alla directory di \index{directory~di~lavoro} lavoro
1609 corrente del processo.
1611 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1612 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1613 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1614 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1615 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1616 riferimento ad una directory.\footnote{tranne il caso in cui si sia
1617 specificato un \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel
1618 qual caso, come detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente
1621 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1622 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1623 classica.\footnote{in realtà, come visto in sez.~\ref{sec:file_temp_file}, le
1624 funzioni \func{utimes} e \func{lutimes} non sono propriamente le
1625 corrispondenti di \func{utimensat}, dato che questa ha una maggiore
1626 precisione nella indicazione dei tempi dei file.} La gran parte di queste
1627 seguono la convenzione appena vista per \func{openat}, in cui agli argomenti
1628 della corrispondente funzione classica viene anteposto
1629 l'argomento \param{dirfd}.\footnote{non staremo pertanto a riportarle una per
1630 una.} Per una parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna
1631 di tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è
1632 prevista anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1637 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1639 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1642 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1643 \func{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1644 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1645 \func{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1646 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1647 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1648 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1649 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1650 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1651 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1652 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1653 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1654 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1655 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1658 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1659 corrispettive funzioni classiche.}
1660 \label{tab:file_atfunc_corr}
1663 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1664 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1666 % TODO manca prototipo di fchmodat, verificare se metterlo o metter menzione
1667 % TODO manca prototipo di fstatat, verificare se metterlo o metter menzione
1668 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1669 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1671 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1672 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1673 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1674 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1675 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1676 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1677 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1678 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1679 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1681 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1682 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1683 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1688 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1690 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1693 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1694 \func{chown}, ed in più:
1696 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1697 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1698 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1699 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1704 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1705 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1706 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}\footnote{in \headfile{fcntl.h} è
1707 definito anche \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i
1708 collegamenti simbolici, essendo questo però il comportamento adottato per un
1709 valore nullo di \param{flags} questo valore non viene mai usato.} che se
1710 impostato indica alla funzione di non eseguire la dereferenziazione di un
1711 eventuale collegamento simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come
1712 \func{lchown} invece che come \func{chown}.
1714 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1715 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} con valori diversi
1716 da \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, la prima di queste è \funcd{faccessat}, ed
1721 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1722 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1725 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1726 \func{access}, ed in più:
1728 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1729 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1730 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1731 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1736 La funzione esegue lo stesso controllo di accesso effettuabile con
1737 \func{access}, ma si può utilizzare l'argomento \param{flags} per modificarne
1738 il comportamento rispetto a quello ordinario di \func{access}. In questo caso
1739 esso può essere specificato come maschera binaria di due valori:
1740 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
1741 \item[\const{AT\_EACCES}] se impostato \funcd{faccessat} esegue il controllo
1742 dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo invece di quello reale (il
1743 comportamento di default, che riprende quello di \func{access}).
1744 \item[\const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}] se impostato \funcd{faccessat} non esegue
1745 la dereferenziazione dei collegamenti simbolici, effettuando il controllo
1746 dei permessi direttamente sugli stessi.
1749 La seconda eccezione è \func{unlinkat}, in questo caso l'ulteriore
1750 argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso la funzione possa
1751 comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di \func{rmdir}; il suo
1756 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1757 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1760 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1761 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1764 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1765 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1766 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1767 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1772 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1773 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1774 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1775 \const{AT\_REMOVEDIR},\footnote{anche se \param{flags} è una maschera binaria,
1776 essendo questo l'unico flag disponibile per questa funzione, lo si può
1777 assegnare direttamente.} essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1778 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1781 \itindend{at-functions}
1784 % TODO manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1785 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1786 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1791 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
1792 \label{sec:file_fcntl}
1794 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1795 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1796 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1797 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1798 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1799 gestiscono con questa funzione varie modalità di I/O asincrono (vedi
1800 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e il \itindex{file~locking}
1801 \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).}
1803 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1804 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{fcntl},
1810 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1811 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1812 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1813 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1816 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1817 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1818 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1819 l'unico valido in generale è:
1821 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1826 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1827 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1828 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1829 sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in sostanza
1830 corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}; in
1831 sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di \func{fcntl}
1832 per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i possibili valori
1833 per \var{cmd} è riportata di seguito:
1834 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1835 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1836 maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. Ritorna il
1837 nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ in caso di errore. Gli
1838 errori possibili sono \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore
1839 del massimo consentito o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il
1840 massimo numero di descrittori consentito.
1841 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1842 valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1843 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1844 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1845 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Ritorna un
1846 valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di errore.
1847 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1848 \param{fd} o $-1$ in caso di errore; se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i
1849 file descriptor aperti vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti
1850 (il comportamento predefinito) restano aperti.
1851 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag} in
1852 caso di successo o $-1$ in caso di errore; permette cioè di rileggere quei
1853 bit impostati da \func{open} all'apertura del file che vengono memorizzati,
1854 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1855 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}).
1856 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1857 specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o
1858 $-1$ in caso di errore. Possono essere impostati solo i bit riportati in
1859 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}.\footnote{la pagina di manuale riporta
1860 come impostabili solo \const{O\_APPEND}, \const{O\_NONBLOCK} e
1862 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1863 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato;
1864 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1865 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1866 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1867 specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1868 qualcun altro ritorna immediatamente restituendo $-1$ e imposta \var{errno} a
1869 \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}, in caso di successo ritorna un valore
1870 nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1871 sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1872 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1873 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1874 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1875 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}, in caso di successo ritorna un valore
1876 nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1877 sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1878 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \ids{PID} del processo o
1879 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process
1880 group}\footnote{i \itindex{process~group} \textit{process group} sono
1881 (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) raggruppamenti di processi usati nel
1882 controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un identificatore
1883 (un numero positivo analogo al \ids{PID}).} che è preposto alla ricezione
1884 dei segnali \signal{SIGIO}\footnote{o qualunque altro segnale alternativo
1885 impostato con \const{F\_FSETSIG}.} per gli eventi associati al file
1886 descriptor \param{fd}\footnote{il segnale viene usato sia per il
1887 \textit{Signal Drive I/O}, che tratteremo in
1888 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}, e dai vari meccanismi di
1889 notifica asincrona, che tratteremo in
1890 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.} e \signal{SIGURG} per la notifica
1891 dei dati urgenti di un socket.\footnote{vedi
1892 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}.} Nel caso di un \textit{process group}
1893 viene restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1894 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}. In
1895 caso di errore viene restituito $-1$.
1896 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1897 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
1898 group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
1899 eventi associati al file descriptor \param{fd}, ritorna un valore nullo in
1900 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come per \const{F\_GETOWN}, per
1901 impostare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
1902 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponde
1903 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
1904 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1905 sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1906 per l'I/O asincrono (si veda sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1907 indica il valore predefinito (che è \signal{SIGIO}), un valore diverso da
1908 zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1909 \signal{SIGIO}). In caso di errore ritorna $-1$.
1910 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1911 possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono,
1912 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Il
1913 valore zero indica di usare il segnale predefinito, \signal{SIGIO}. Un altro
1914 valore diverso da zero (compreso lo stesso \signal{SIGIO}) specifica il
1915 segnale voluto; l'uso di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
1916 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1917 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1918 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
1919 generato il segnale attraverso i valori restituiti in \struct{siginfo\_t}
1920 (come vedremo in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi
1921 \const{F\_SETSIG} e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di
1923 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove un \itindex{file~lease}
1924 \textit{file lease}\footnote{questa è una nuova funzionalità, specifica di
1925 Linux, e presente solo a partire dai kernel della serie 2.4.x, in cui il
1926 processo che detiene un \textit{lease} su un file riceve una notifica
1927 qualora un altro processo cerca di eseguire una \func{open} o una
1928 \func{truncate} su di esso.} sul file descriptor \var{fd} a seconda del
1929 valore del terzo argomento, che in questo caso è un \ctyp{int}, ritorna un
1930 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1931 funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in
1932 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1933 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
1934 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
1935 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore. Con questo comando il terzo
1936 argomento può essere omesso. Questa funzionalità avanzata è trattata in
1937 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1938 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva un meccanismo di notifica per cui viene
1939 riportata al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o altro
1940 segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
1941 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
1942 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
1943 di errore. Questa funzionalità avanzata, disponibile dai kernel della serie
1944 2.4.x, è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1947 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1948 poter essere affrontate in tutti i loro aspetti a questo punto; saranno
1949 pertanto riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse
1950 relative. In particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari
1951 meccanismi di notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
1952 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_access} mentre quelle relative al
1953 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
1954 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
1955 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
1957 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1958 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1959 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel
1960 \textit{file status flag} che si è ottenuto. Infatti la definizione corrente
1961 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1962 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1963 queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1964 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1965 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1966 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \headfile{fcntl.h}), che estrae i
1967 bit di accesso dal \textit{file status flag}.
1971 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1972 \label{sec:file_ioctl}
1974 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostrato molto
1975 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1976 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1977 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1978 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1979 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1980 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1981 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1983 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1984 di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1985 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1986 file descriptor. Il prototipo di questa funzione è:
1990 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1991 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
1994 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
1995 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
1996 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
1999 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2000 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2001 riferimento \param{fd}.
2002 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2005 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2008 La funzione esegue l'operazione di controllo specificata da \param{request}
2009 sul file descriptor \param{fd} e serve in sostanza come meccanismo generico
2010 per fare tutte quelle operazioni che non rientrano nell'interfaccia ordinaria
2011 della gestione dei file e che non è possibile effettuare con le funzioni
2012 esaminate finora. La funzione richiede che si passi come primo argomento un
2013 file descriptor regolarmente aperto, e l'operazione da compiere viene
2014 selezionata attraverso il valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2015 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2016 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2017 generica,\footnote{all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora
2018 non era stato introdotto il tipo \ctyp{void}.} ma per certe operazioni può
2019 essere omesso, e per altre è un semplice intero.
2021 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2022 errore, ma per alcune operazione il valore di ritorno, che nel caso viene
2023 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come parametro di
2024 uscita. È più comune comunque restituire i risultati all'indirizzo puntato dal
2027 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2028 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2029 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2031 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2032 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2033 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
2034 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2035 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2036 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2038 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2039 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2040 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2041 successivi (come ext3).}
2044 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2045 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2046 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2047 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2048 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2049 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2050 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2051 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2052 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2053 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2054 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2055 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2056 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2057 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2058 imprevedibili o indesiderati.
2060 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2061 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2062 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in
2063 seguito\footnote{per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2064 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.} quelle relative ad alcuni casi specifici (ad
2065 esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso \func{ioctl} in
2066 quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo l'elenco delle
2067 operazioni che sono predefinite per qualunque file,\footnote{in particolare
2068 queste operazioni sono definite nel kernel a livello generale, e vengono
2069 sempre interpretate per prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri},
2070 eventuali operazioni specifiche che usino lo stesso valore verrebbero
2071 ignorate.} caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}:
2072 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2073 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2074 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2075 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2076 eventuale valore viene ignorato.
2077 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2078 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2079 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2080 eventuale valore viene ignorato.
2081 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2082 file (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}); il terzo argomento
2083 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2084 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2086 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2087 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2088 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2089 disabilita, un valore non nullo abilita).
2090 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2091 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2092 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2093 valore specifica il PID del processo.
2094 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2095 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2096 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2097 scritto il PID del processo.
2098 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2099 file descriptor;\footnote{questa operazione è disponibile solo su alcuni
2100 file descriptor, in particolare sui socket (vedi
2101 sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o sui file descriptor di \textit{epoll}
2102 (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}).} il terzo argomento deve essere un
2103 puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito
2105 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2106 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2107 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2108 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2111 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2112 % http://lwn.net/Articles/429345/
2115 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2116 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2117 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2118 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2119 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2120 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2121 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2122 \func{ioctl} per i secondi;\footnote{all'epoca tra l'altro i dispositivi che
2123 usavano \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega
2124 l'uso comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore.} oggi non è più così
2125 ma le due funzioni sono rimaste.
2127 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2128 % (bassa/bassissima priorità)
2129 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2136 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2137 \label{sec:files_std_interface}
2140 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2141 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2142 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2144 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2145 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria,
2146 queste, insieme alle altre funzioni definite dallo standard, vengono a
2147 costituire il nucleo\footnote{queste funzioni sono state implementate la prima
2148 volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono rimaste sostanzialmente
2149 immutate.} delle \acr{glibc}.
2152 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2153 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2154 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2155 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2158 \subsection{I \textit{file stream}}
2159 \label{sec:file_stream}
2161 \itindbeg{file~stream}
2163 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2164 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2165 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2167 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2168 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2169 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2170 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2171 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2172 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2173 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2175 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2176 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2177 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2178 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2179 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2180 all'ottenimento della massima efficienza.
2182 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2183 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare
2184 dei dettagli della comunicazione con il tipo di hardware sottostante
2185 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file
2186 può essere sempre considerato come composto da un flusso continuo (da
2187 cui il nome \textit{stream}) di dati.
2189 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2190 scrittura (sia per quel che riguarda la bufferizzazione, che le
2191 formattazioni), i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai file
2192 descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere quanto
2193 visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2194 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2197 \itindend{file~stream}
2200 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2201 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2202 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2203 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2204 indicatori di stato e di fine del file.
2206 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2207 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2208 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa
2209 (tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo
2210 di \textit{stream}). Tutte le funzioni della libreria che operano sui file
2211 accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2212 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2214 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2215 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2216 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2217 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2218 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2220 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2221 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2222 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2223 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2224 prende i caratteri dalla tastiera.
2225 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2226 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2227 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2228 scrive sullo schermo.
2229 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2230 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2231 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2232 terminale e scrive sullo schermo.
2235 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2236 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2237 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2238 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2239 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2240 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2241 usare la funzione \func{freopen}.
2244 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2245 \label{sec:file_buffering}
2247 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2248 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2249 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2250 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2251 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2252 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2255 I caratteri che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2256 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco\footnote{questa operazione
2257 viene usualmente chiamata \textsl{scaricamento} dei dati, dal termine
2258 inglese \textit{flush}.} tutte le volte che il buffer viene riempito, in
2259 maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento analogo avviene
2260 anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati, anche se ne
2261 sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha rilevanza
2262 inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di scrittura
2263 invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad esempio da
2264 parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti effettivamente
2265 scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2267 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2268 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2269 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2270 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2271 dispositivo (la cosa è particolarmente evidente quando con le operazioni di
2272 input/output su terminale).
2274 Per rispondere ad esigenze diverse, lo standard definisce tre distinte
2275 modalità in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali
2276 occorre essere ben consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da
2277 dispositivi interattivi:
2279 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2280 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2281 (effettuando immediatamente una \func{write}).
2282 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2283 normalmente trasmessi al file in blocco ogni volta che viene
2284 incontrato un carattere di \textit{newline} (il carattere ASCII
2286 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2287 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2290 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo standard output e lo
2291 standard input siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando
2292 non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2293 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2295 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2296 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2297 \textit{unbuffered} (in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2298 rapidamente possibile) e che standard input e standard output siano aperti in
2299 modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od
2300 altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered}
2303 Il comportamento specificato per standard input e standard output vale anche
2304 per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2305 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2306 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2308 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2309 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2310 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2311 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (\textit{newline}); questo
2312 non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer usato
2313 dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico dei dati
2314 anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2316 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2317 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2318 \textit{stream} che comporta l'accesso al kernel\footnote{questo vuol dire che
2319 lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità \textit{unbuffered}.} viene
2320 anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli \textit{stream} in
2323 In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo come la libreria definisca delle
2324 opportune funzioni per controllare le modalità di bufferizzazione e lo scarico
2330 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2331 \label{sec:file_fopen}
2333 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2334 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2335 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2336 dello standard POSIX.1.} i loro prototipi sono:
2340 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2341 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2342 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2343 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2344 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2345 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2348 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2349 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2350 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2351 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2352 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2353 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2358 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2359 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2360 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2361 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}
2362 (sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito).
2364 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2365 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2366 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream}
2367 a \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto viene
2368 preventivamente chiuso.
2370 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2371 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2372 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2373 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2374 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2379 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2381 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2384 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2385 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2387 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2388 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2391 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2392 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2393 scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2395 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2396 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2397 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2400 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2401 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2402 posto in sola scrittura.\\
2403 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2404 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2405 posto in lettura e scrittura.\\
2407 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2408 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2411 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2412 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2413 \label{tab:file_fopen_mode}
2416 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2417 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2418 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2419 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2420 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2421 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2422 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2423 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2425 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2426 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2427 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2428 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso
2429 dell'opzione \const{O\_EXCL} in \func{open}), se il file specificato già
2430 esiste e si aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen}
2433 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2434 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2435 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2436 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2437 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2439 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2440 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2441 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2442 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2443 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2444 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso alla chiusura dello
2447 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2448 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2450 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2451 \val{0666}) modificato secondo il valore di \itindex{umask} \textit{umask} per
2452 il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
2454 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2455 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2456 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2457 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2458 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2459 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2461 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2462 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2463 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2464 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2465 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2466 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2467 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2469 Una volta aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di
2470 bufferizzazione (si veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non
2471 si è effettuato alcuna operazione di I/O sul file.
2473 Uno \textit{stream} viene chiuso con la funzione \funcd{fclose} il cui
2478 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2479 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2482 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2483 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2484 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2485 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2486 \func{write} o \func{fflush}).
2490 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2491 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2492 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2493 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2494 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2495 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2496 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2498 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2499 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2500 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2504 \fdecl{int fcloseall(void)}
2505 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2508 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2509 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2512 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita
2513 e scarta quelli in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è
2514 provvista solo per i casi di emergenza, quando si è verificato un errore
2515 ed il programma deve essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra
2516 operazione dopo aver chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto
2517 visto in sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2520 \subsection{Lettura e scrittura su uno \textit{stream}}
2523 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2524 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2525 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2526 input/output non formattato:
2528 \item\textsl{binario} in cui legge/scrive un blocco di dati alla
2529 volta, vedi sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2530 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge/scrive un carattere alla
2531 volta (con la bufferizzazione gestita automaticamente dalla libreria),
2532 vedi sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2533 \item\textsl{di linea} in cui si legge/scrive una linea alla volta (terminata
2534 dal carattere di newline \verb|'\n'|), vedi sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2536 ed inoltre la modalità di input/output formattato.
2538 A differenza dell'interfaccia dei file descriptor, con gli \textit{stream} il
2539 raggiungimento della fine del file è considerato un errore, e viene
2540 notificato come tale dai valori di uscita delle varie funzioni. Nella
2541 maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del valore
2542 intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF}\footnote{la costante deve essere
2543 negativa, le \acr{glibc} usano -1, altre implementazioni possono avere
2544 valori diversi.} definito anch'esso nell'header \headfile{stdlib.h}.
2546 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2547 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2548 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene il valore impostato dalla
2549 \textit{system call} che ha riportato l'errore.
2551 Siccome la condizione di end-of-file è anch'essa segnalata come errore, nasce
2552 il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi solo sul
2553 valore di ritorno della funzione e controllare il valore di \var{errno}
2554 infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato impostato in
2555 una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i dettagli del
2556 funzionamento di \var{errno}).
2558 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2559 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2560 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2561 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2562 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2563 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2567 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2568 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2569 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2570 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2573 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2574 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2577 \noindent si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala
2578 soltanto che c'è stato un errore, o che si è raggiunta la fine del file in una
2579 qualunque operazione sullo \textit{stream}, il controllo quindi deve essere
2580 effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2582 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2583 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2587 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2588 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2592 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
2595 \noindent in genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e
2596 corretta la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da
2597 poter rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa
2598 funzione esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} che non esegue il
2599 blocco dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2602 \subsection{Input/output binario}
2603 \label{sec:file_binary_io}
2605 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2606 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2607 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2608 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2609 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2610 i loro prototipi sono:
2614 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2615 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2616 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2618 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2621 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2622 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2626 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2627 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2628 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2629 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2630 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
2632 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
2633 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
2634 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
2635 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
2636 si avrà allora una chiamata tipo:
2637 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
2638 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
2641 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
2642 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}; la sola
2643 differenza è che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti,
2644 ma il numero di elementi.
2646 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
2647 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
2648 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
2649 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
2650 corrispondente alla quantità di dati letti).
2652 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
2653 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
2654 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
2655 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
2656 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
2659 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
2660 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
2661 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
2662 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
2663 stesso programma che li ha prodotti.
2665 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
2666 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
2667 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
2668 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
2669 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
2670 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
2671 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
2672 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
2674 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
2675 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
2676 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
2677 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
2678 eventuali differenze.
2680 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
2681 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
2682 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
2683 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
2684 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
2688 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
2689 nmemb, FILE *stream)}
2690 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
2691 size\_t nmemb, FILE *stream)}
2692 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
2693 implicito sullo stesso.}
2696 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
2700 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
2703 \subsection{Input/output a caratteri}
2704 \label{sec:file_char_io}
2706 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
2707 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
2708 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, i
2709 rispettivi prototipi sono:
2713 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
2714 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
2715 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
2716 \fdecl{int getchar(void)}
2717 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
2720 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
2721 errore o se si arriva alla fine del file.}
2724 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
2725 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
2726 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
2727 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
2730 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
2731 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
2732 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
2733 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
2734 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
2735 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
2736 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
2737 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
2739 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
2740 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
2741 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
2742 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
2743 precedenza nel tipo di argomento).
2745 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
2746 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
2747 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
2748 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
2750 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
2751 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
2752 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
2753 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
2759 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
2760 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
2761 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
2762 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
2763 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
2766 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
2767 un errore o se si arriva alla fine del file.}
2770 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
2771 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
2772 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
2773 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
2776 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
2777 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
2778 loro prototipi sono:
2782 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
2783 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
2784 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
2785 \fdecl{int putchar(int c)}
2786 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
2789 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
2790 \val{EOF} per un errore.}
2793 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
2794 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
2795 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
2796 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
2797 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
2798 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
2799 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
2800 ritorno è \val{EOF}.
2802 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
2803 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
2804 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
2805 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
2806 il lock implicito dello \textit{stream}.
2808 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
2809 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
2810 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
2814 \fdecl{getw(FILE *stream)}
2815 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
2816 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
2817 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
2820 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
2821 \val{EOF} per un errore.}
2824 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
2825 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
2826 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
2827 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
2829 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
2830 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
2831 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
2832 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
2833 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
2836 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
2837 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
2838 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
2839 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
2843 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
2844 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
2847 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
2851 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
2852 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
2853 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
2854 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
2855 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
2856 operazione fra due \func{ungetc} successive.
2858 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che
2859 si è letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere
2860 prima di usare \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per
2861 essere usata per rimandare indietro l'ultimo carattere letto.
2863 Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la funzione non fa nulla, e
2864 restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare \func{ungetc} anche
2865 con il risultato di una lettura alla fine del file.
2867 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un
2868 carattere, il flag di end-of-file verrà automaticamente cancellato
2869 perché c'è un nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto
2872 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del
2873 file, ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una
2874 qualunque delle operazioni di riposizionamento (vedi
2875 sez.~\ref{sec:file_fseek}) i caratteri rimandati indietro vengono
2879 \subsection{Input/output di linea}
2880 \label{sec:file_line_io}
2882 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
2883 in cui si legge o si scrive una riga alla volta; questa è una modalità molto
2884 usata per l'I/O da terminale, ma è anche quella che presenta le
2885 caratteristiche più controverse.
2887 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
2888 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
2893 \fdecl{char *gets(char *string)}
2894 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
2895 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
2896 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
2899 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
2900 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
2903 Entrambe le funzioni effettuano la lettura (dal file specificato \func{fgets},
2904 dallo standard input \func{gets}) di una linea di caratteri (terminata dal
2905 carattere \textit{newline}, \verb|'\n'|, quello mappato sul tasto di ritorno a
2906 capo della tastiera), ma \func{gets} sostituisce \verb|'\n'| con uno zero,
2907 mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il \textit{newline}, che resta
2908 dentro la stringa. Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore)
2909 viene restituito un \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato.
2910 L'uso di \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato; la
2911 funzione infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la
2912 stringa letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un
2913 \itindex{buffer~overflow} \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della
2914 memoria del processo adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata
2915 in dettaglio e con molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1
2918 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
2919 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
2920 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
2921 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
2922 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
2923 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa (in genere
2924 uno \textit{shell code} cioè una sezione di programma che lancia una shell).
2926 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
2927 prende in input la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
2928 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
2929 caratteri (newline compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione; questo
2930 comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1} caratteri. Se
2931 la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo \code{size-1}
2932 caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con uno zero
2933 finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
2936 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
2937 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
2938 rispettivi prototipi sono:
2942 \fdecl{int puts(char *string)}
2943 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
2944 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
2945 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
2948 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
2952 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
2953 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
2954 la scrive sul file indicato da \param{stream}.
2956 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
2957 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
2958 messaggi sullo standard output; la funzione prende una stringa terminata da
2959 uno zero ed aggiunge automaticamente il ritorno a capo. La differenza con
2960 \func{fputs} (a parte la possibilità di specificare un file diverso da
2961 \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge il newline, che deve essere
2962 previsto esplicitamente.
2964 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
2965 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
2966 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
2967 loro prototipi sono:
2971 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
2972 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
2973 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
2974 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
2977 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
2978 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
2983 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
2984 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
2985 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file \param{stream}. Il
2986 comportamento di queste due funzioni è identico a quello di \func{fgets} e
2987 \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di caratteri massimo,
2988 terminatore della stringa, newline) è espresso in termini di caratteri estesi
2989 anziché di normali caratteri ASCII.
2991 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
2992 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
2993 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
2994 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
2995 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
2996 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
2997 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
2999 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3000 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3001 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può
3002 comunque dare risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi
3003 infatti saranno scritti sul buffer di uscita e la stringa in output
3004 apparirà come più corta dei byte effettivamente letti. Questa è una
3005 condizione che è sempre possibile controllare (deve essere presente un
3006 newline prima della effettiva conclusione della stringa presente nel
3007 buffer), ma a costo di una complicazione ulteriore della logica del
3008 programma. Lo stesso dicasi quando si deve gestire il caso di stringa
3009 che eccede le dimensioni del buffer.
3011 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3012 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3013 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3014 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3015 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3016 linea terminata da un newline, esattamente allo stesso modo di \func{fgets},
3021 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3022 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3025 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3026 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3029 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3030 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3031 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3032 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3033 stringa da leggere. Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore
3034 al buffer su cui si vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere
3035 stato allocato in precedenza con una \func{malloc} (non si può passare
3036 l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale); come secondo argomento
3037 la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le dimensioni del
3040 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3041 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3042 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro (si noti infatti
3043 come per entrambi gli argomenti si siano usati dei
3044 \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument}, passando dei
3045 puntatori anziché i valori delle variabili, secondo la tecnica spiegata in
3046 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3048 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3049 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3050 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3051 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3053 \includecodesnip{listati/getline.c}
3054 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3055 liberare \var{ptr} con una \func{free}.
3057 Il valore di ritorno della funzione indica il numero di caratteri letti
3058 dallo \textit{stream} (quindi compreso il newline, ma non lo zero di
3059 terminazione); questo permette anche di distinguere eventuali zeri letti
3060 dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione per terminare la linea.
3061 Se si è alla fine del file e non si è potuto leggere nulla o c'è stato
3062 un errore la funzione restituisce -1.
3064 La seconda estensione GNU è una generalizzazione di \func{getline} per
3065 poter usare come separatore un carattere qualsiasi, la funzione si
3066 chiama \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3070 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3071 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3075 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3079 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3080 del carattere di newline come separatore di linea. Il comportamento di
3081 \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline} (che può essere
3082 implementata da questa passando \verb|'\n'| come valore di
3086 \subsection{L'input/output formattato}
3087 \label{sec:file_formatted_io}
3089 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3090 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3091 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3092 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3094 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3095 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3096 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3100 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3101 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3102 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3103 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3104 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3105 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3108 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3109 valore negativo per un errore.}
3113 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3114 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3115 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3117 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3118 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3119 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3120 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3121 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3122 possibili \itindex{buffer~overflow} \textit{buffer overflow}; per questo
3123 motivo si consiglia l'uso dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo
3128 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3129 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3132 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3136 La funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive su \param{str} più di
3137 \param{size} caratteri. La parte più complessa delle funzioni di scrittura
3138 formattata è il formato della stringa \param{format} che indica le conversioni
3139 da fare, e da cui deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere
3140 passati a seguire (si noti come tutte queste funzioni siano
3141 \index{funzioni!variadic} \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti
3142 variabile che dipende appunto da quello che si è specificato
3148 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3150 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3153 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3155 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%i} in output.\\
3156 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3157 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3158 decimale senza segno.\\
3160 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3161 rispettivamente con lettere minuscole e
3163 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3164 notazione a virgola fissa.\\
3166 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3167 notazione esponenziale, rispettivamente con
3168 lettere minuscole e maiuscole.\\
3170 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3171 notazione più appropriate delle due precedenti,
3172 rispettivamente con lettere minuscole e
3175 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3176 notazione esadecimale frazionaria.\\
3177 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3178 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3179 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3180 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3181 \cmd{\%\%}& & Stampa un \%.\\
3184 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3185 stringa di formato di \func{printf}.}
3186 \label{tab:file_format_spec}
3189 La stringa è costituita da caratteri normali (tutti eccetto \texttt{\%}), che
3190 vengono passati invariati all'output, e da direttive di conversione, in cui
3191 devono essere sempre presenti il carattere \texttt{\%}, che introduce la
3192 direttiva, ed uno degli specificatori di conversione (riportati in
3193 tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3198 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3200 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3203 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa. \\
3204 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3205 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3206 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3208 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3211 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3212 \label{tab:file_format_flag}
3215 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3216 elementi opzionali oltre al \cmd{\%} e allo specificatore di conversione. In
3217 generale essa è sempre del tipo:
3220 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3223 in cui tutti i valori tranne il \val{\%} e lo specificatore di conversione
3224 sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre); si possono
3225 usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere specificati in
3228 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un \val{\$}),
3229 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3230 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3232 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3233 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3234 (un altro numero decimale),
3235 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3236 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3240 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni possono essere trovati nella pagina di
3241 manuale di \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3246 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3248 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3251 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3252 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3254 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3255 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3256 è di tipo \ctyp{short}.\\
3257 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3258 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3259 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3260 sono in formato esteso.\\
3261 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3262 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3263 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3264 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3266 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3267 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o
3268 \type{uintmax\_t}.\\
3269 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o
3271 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3274 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3275 \label{tab:file_format_type}
3278 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3279 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3280 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3281 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3285 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3286 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3287 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3288 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un \textit{stream}.}
3289 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3290 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3293 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3294 valore negativo per un errore.}
3297 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3298 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3299 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3300 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3301 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3302 l'esecuzione della funzione l'argomento
3303 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3304 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3306 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3307 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3308 scritti sulla stringa di destinazione:
3312 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3313 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3316 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3320 \noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer
3324 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3325 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3326 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3327 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3332 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3333 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3334 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3337 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3342 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3343 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3344 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3345 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3346 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3347 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3348 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3351 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3353 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3354 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3355 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3356 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3357 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3358 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3360 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3361 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3362 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3363 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3367 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3368 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
3369 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3370 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3371 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3372 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3375 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3376 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3379 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3380 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3381 da \param{format}, ed effettua le relative conversione memorizzando il
3382 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3383 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3384 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3385 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3386 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3387 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3390 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3391 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3392 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3395 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3396 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3397 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3398 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3399 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3400 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3401 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3402 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3403 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3404 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3407 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3408 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3409 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3410 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3411 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3412 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3414 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3415 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3416 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3417 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3418 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3419 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3420 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3421 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3422 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3423 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3424 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3425 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o il
3426 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3427 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3428 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3431 \subsection{Posizionamento su uno \textit{stream}}
3432 \label{sec:file_fseek}
3434 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3435 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3436 punto prestabilito; sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3437 dal file sottostante lo \textit{stream}, quando cioè si ha a che fare con
3438 quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}.\footnote{dato che
3439 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
3440 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, non è scontato che questo
3443 In GNU/Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file è
3444 espressa da un intero positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}, il
3445 problema è che alcune delle funzioni usate per il riposizionamento sugli
3446 \textit{stream} originano dalle prime versioni di Unix, in cui questo tipo non
3447 era ancora stato definito, e che in altri sistemi non è detto che la posizione
3448 su un file venga sempre rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio
3449 (ad esempio in VMS può essere rappresentata come numero di record, più
3450 l'offset rispetto al record corrente).
3452 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3453 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3454 funzioni tradizionali usate per il riposizionamento della posizione in uno
3455 \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind} i cui prototipi sono:
3459 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3460 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
3461 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3462 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
3465 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3466 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3467 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3470 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3471 descriptor, e gli argomenti, a parte il tipo, hanno lo stesso significato; in
3472 particolare \param{whence} assume gli stessi valori già visti in
3473 sez.~\ref{sec:file_lseek}. La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1
3474 in caso di errore. La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la
3475 posizione corrente all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente
3476 equivalente ad una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)} in quanto vengono
3477 cancellati anche i flag di errore e fine del file.
3479 Per ottenere la posizione corrente si usa invece la funzione \funcd{ftell}, il
3484 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
3485 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
3488 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3489 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3493 La funzione restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3496 Queste funzioni esprimono tutte la posizione nel file come un \ctyp{long int}.
3497 Dato che (ad esempio quando si usa un filesystem indicizzato a 64 bit) questo
3498 può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove funzioni
3499 \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3500 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3504 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3506 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3510 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3511 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3514 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3515 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3516 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3517 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3518 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3519 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3520 sistemi più moderni.
3522 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3525 \section{Funzioni avanzate}
3526 \label{sec:file_stream_adv_func}
3528 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3529 eseguire operazioni particolari sugli \textit{stream}, come leggerne gli
3530 attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione, gestire direttamente i
3531 lock impliciti per la programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3534 \subsection{Le funzioni di controllo}
3535 \label{sec:file_stream_cntrl}
3537 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3538 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3539 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3540 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere quest'ultimo,
3541 il prototipo della funzione è:
3545 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3546 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3549 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3550 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3551 se \param{stream} non è valido.}
3554 \noindent ed in questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl}.
3556 Questo permette di accedere agli attributi del file descriptor sottostante lo
3557 \textit{stream}, ma non ci dà nessuna informazione riguardo alle proprietà
3558 dello \textit{stream} medesimo. Le \acr{glibc} però supportano alcune
3559 estensioni derivate da Solaris, che permettono di ottenere informazioni utili.
3561 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3562 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3563 informazione non è disponibile, e si deve ricordare come il file è stato
3564 aperto. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in
3565 una subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive
3566 rispetto al semplice puntatore allo \textit{stream}; questo può essere evitato
3567 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3571 \fhead{stdio\_ext.h}
3572 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3573 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3574 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3575 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3578 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3579 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3582 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3584 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3585 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3586 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3587 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3590 \fhead{stdio\_ext.h}
3591 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3592 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3593 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3594 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3597 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3598 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3601 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3602 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3603 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3604 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3607 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3608 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3609 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3610 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3611 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3612 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3615 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3616 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3618 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3619 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3620 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3621 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3622 vengono allocati automaticamente.
3624 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3625 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3626 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3631 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3632 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3635 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3636 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3640 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3641 nella modalità indicata da \param{mode}, usando \param{buf} come buffer di
3642 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3643 bufferizzazione; l'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3644 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3645 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3647 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3648 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3649 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3650 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3651 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3652 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3653 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}; queste
3654 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale
3655 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3658 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei rischi
3659 (come delle scritture accidentali sul buffer) e non assicura la scelta delle
3660 dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle funzioni
3661 di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e trasparente
3662 all'utente (in quanto la deallocazione avviene automaticamente). Inoltre
3663 siccome alcune implementazioni usano parte del buffer per mantenere delle
3664 informazioni di controllo, non è detto che le dimensioni dello stesso
3665 coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3670 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3672 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3675 \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3676 \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3677 \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3680 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3681 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3682 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3685 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3686 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3687 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3688 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3689 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3690 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3691 vengono sempre ignorati.
3693 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3694 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3695 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}; i loro prototipi sono:
3699 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3700 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3701 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3702 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3703 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3706 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
3710 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
3711 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
3712 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
3713 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
3714 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
3715 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
3716 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
3717 vecchie librerie BSD.
3719 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard\footnote{anche
3720 queste funzioni sono originarie di Solaris.} \funcd{\_\_flbf} e
3721 \funcd{\_\_fbufsize} che permettono di leggere le proprietà di bufferizzazione
3722 di uno \textit{stream}; i cui prototipi sono:
3725 \fhead{stdio\_ext.h}
3726 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
3727 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
3728 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
3729 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
3732 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
3733 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
3734 sono previste condizioni di errore.}
3737 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
3738 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
3739 \funcd{fflush}, il suo prototipo è:
3743 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
3744 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
3747 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3748 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
3749 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
3753 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga
3754 \func{fflush\_unlocked}\footnote{accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o
3755 \macro{\_SVID\_SOURCE} o \macro{\_GNU\_SOURCE}.} che non effettua il blocco
3758 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
3760 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
3761 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
3762 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
3763 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
3764 line buffered; per questo motivo le \acr{glibc} supportano una estensione di
3765 Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
3769 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
3770 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
3771 modalità \textit{line buffered}.}
3774 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
3777 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
3778 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
3779 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
3780 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
3782 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
3783 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
3787 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
3788 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
3791 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
3794 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
3795 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
3796 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
3799 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
3800 \label{sec:file_stream_thread}
3804 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
3805 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
3806 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
3807 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
3808 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
3811 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
3812 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
3813 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
3814 devono essere opportunamente protette (in quanto il sistema assicura
3815 l'atomicità solo per le \textit{system call}). Questo viene fatto associando
3816 ad ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
3817 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
3819 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
3820 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
3821 \textit{stream} atomicamente, per questo motivo le librerie provvedono anche
3822 delle funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile}, che permettono la
3823 gestione esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}; esse sono disponibili
3824 definendo \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
3828 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
3829 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
3830 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
3831 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
3833 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
3836 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
3837 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se il lock non è disponibile,
3838 mentre \func{funlockfile} rilascia il lock.
3840 Si può poi provare ad acquisire un lock senza bloccarsi con
3841 \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
3845 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
3846 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
3849 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
3850 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
3853 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
3854 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
3855 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
3856 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
3857 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
3858 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni. Per questo motivo
3859 abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non formattato siano associate
3860 delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste dallo stesso standard POSIX,
3861 altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc}) che possono essere usate
3862 quando il locking non serve\footnote{in certi casi dette funzioni possono
3863 essere usate, visto che sono molto più efficienti, anche in caso di
3864 necessità di locking, una volta che questo sia stato acquisito manualmente.}
3865 con prestazioni molto più elevate, dato che spesso queste versioni (come
3866 accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate come macro.
3868 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
3869 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
3870 lavoro abbastanza noioso; per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
3871 programmatore pigro un'altra via\footnote{anche questa mutuata da estensioni
3872 introdotte in Solaris.} da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
3873 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
3877 \fhead{stdio\_ext.h}
3878 \fdecl{int \_\_fsetlocking (FILE *stream, int type)}
3879 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
3882 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
3883 previste condizioni di errore.}
3886 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
3887 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
3888 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può essere
3890 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{4.0cm}}
3891 \item[\const{FSETLOCKING\_INTERNAL}] Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
3892 blocco implicito predefinito.
3893 \item[\const{FSETLOCKING\_BYCALLER}] Al ritorno della funzione sarà l'utente a
3894 dover gestire da solo il locking dello \textit{stream}.
3895 \item[\const{FSETLOCKING\_QUERY}] Restituisce lo stato corrente della modalità
3896 di blocco dello \textit{stream}.
3899 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
3900 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
3901 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
3902 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
3905 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
3912 %%% Local Variables:
3914 %%% TeX-master: "gapil"
3917 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
3918 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
3919 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
3920 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
3921 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
3922 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
3923 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
3924 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
3925 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
3926 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
3927 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
3928 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
3929 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
3930 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
3931 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
3932 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
3933 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
3934 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
3935 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
3936 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
3937 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
3938 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
3939 % LocalWords: locking fsetlocking type Virtual operation dentry unistd sys AT
3940 % LocalWords: modification hole functions FSETSIG pathname EEXIST CREAT EINTR
3941 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
3942 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
3943 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
3944 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
3945 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
3946 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
3947 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
3948 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
3949 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
3950 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
3951 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
3952 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
3953 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
3954 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
3955 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
3956 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
3957 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic
3958 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN
3959 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
3960 % LocalWords: EBUSY OpenBSD
3961 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK
3962 % LocalWords: EFAULT
3964 %%% Local Variables:
3966 %%% TeX-master: "gapil"