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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37 descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 \itindbeg{process~table}
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101 ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102 all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei file descriptor.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
122 \itindend{process~table}
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
149 \itindbeg{standard~input}
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2. Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160 error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
162 \itindend{file~descriptor}
165 Benché questa sia alla fine soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
166 totalità delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
178 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
181 \constd{STDIN\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard input}.\\
182 \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183 \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
186 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187 \label{tab:file_std_files}
190 \itindend{standard~input}
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \itindend{file~table}
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231 nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
241 \fdesc{Apre un file.}
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
247 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato \const{O\_CREAT} indicando un pathname
252 con caratteri non supportati dal filesystem sottostante o si è richiesto
253 \const{O\_TMPFILE} senza indicare \const{O\_WRONLY} o \const{O\_RDWR} o si
254 è usato \const{O\_DIRECT} per un filesystem che non lo supporta.
255 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e o si è
256 tentato un accesso che prevede la scrittura o si è usato
257 \const{O\_TMPFILE} con accesso che prevede la scrittura ma il kernel non
258 supporta la funzionalità.
259 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto, in genere
260 dovuto al fatto che si è compilata una applicazione a 32 bit senza
261 abilitare il supporto per le dimesioni a 64 bit; questo è il valore
262 restituito fino al kernel 2.6.23, coi successivi viene restituito
263 \errcode{EOVERFLOW} come richiesto da POSIX.1.
264 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
265 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
266 \param{pathname} è un collegamento simbolico (e non si è usato
268 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
269 dispositivo che non esiste.
270 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
271 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente, o si riferisce ad una
272 directory inesistente, si è usato \const{O\_TMPFILE} con accesso che
273 prevede la scrittura ma il kernel non supporta la funzionalità.
274 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
275 \param{pathname} non è una directory.
276 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
277 \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
278 nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
279 dispositivo è assente.
280 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
281 amministratori né proprietari del file.
282 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
283 di un programma in esecuzione.
284 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
285 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
287 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
288 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
289 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
292 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
293 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
294 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
295 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
296 essergli assegnati.\footnote{questo è possibile solo se si è usato in
297 \param{flags} uno fra \const{O\_CREATE} e \const{O\_TMPFILE}, in tutti gli
298 altri casi sarà ignorato.} I valori possibili sono gli stessi già visti in
299 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
300 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
301 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
302 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
304 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
305 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
306 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
307 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
308 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
309 input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
310 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
312 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
313 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
314 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
315 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
316 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
317 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
318 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
319 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
320 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
322 \itindbeg{file~status~flag}
324 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
325 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
326 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
327 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
328 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti \textit{file status
329 flags}), che vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura
330 \kstruct{file} che abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
332 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
333 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
334 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
335 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
336 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
337 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
339 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
340 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
341 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
342 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
343 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
344 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
349 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
351 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
354 \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
355 \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
356 \constd{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
359 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360 nell'apertura di un file.}
361 \label{tab:open_access_mode_flag}
364 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
365 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
366 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
367 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
368 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
369 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
370 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
371 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
372 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
373 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
374 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
375 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
376 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
378 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
379 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
380 flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
381 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
382 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
383 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
384 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
385 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
386 standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
387 di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
388 system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
389 comunque il caso di utilizzarle.}
391 \itindend{file~status~flag}
393 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
394 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
395 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
396 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
397 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
398 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
399 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
400 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
401 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
402 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
403 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
408 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
410 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
413 \constd{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
414 di titolarità del file viste in
415 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
416 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
417 essere sempre specificato.\\
418 \constd{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
419 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
420 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
421 serve ad evitare dei possibili
422 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
423 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
424 viene chiamata su una \textit{fifo} o su un
425 dispositivo associato ad una unità a nastri. Non
426 viene usato al di fuori dell'implementazione di
427 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
428 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
429 \constd{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
430 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
431 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
432 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
433 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
434 \constd{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
435 l'apertura di file molto grandi, la cui
436 dimensione non è rappresentabile con la versione a
437 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
438 l'interfaccia alternativa abilitata con la
439 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
440 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
441 sempre preferibile usare la conversione automatica
442 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
443 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
445 \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
446 di terminale, questo non diventerà il terminale di
447 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
448 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
449 \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
450 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
451 aggiunta in Linux a partire dal kernel
452 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
453 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
454 \const{O\_PATH} & Ottiene un file descriptor io cui uso è limitato
455 all'indicare una posizione sul filesystem o
456 eseguire operazioni che operano solo a livello del
457 file descriptor (e non di accesso al contenuto del
458 file). Introdotto con il kernel 2.6.39, è specifico
460 \const{O\_TMPFILE} & Consente di creare un file temporaneo anonimo, non
461 visibile con un pathname sul filesystem, ma
462 leggibile e scrivibile all'iterno del processo.
463 Introdotto con il kernel 3.11, è specifico di
465 \constd{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
466 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
467 una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi
468 il comportamento non è specificato.\\
471 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
473 \label{tab:open_time_flag}
476 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
477 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
478 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
479 bloccato nelle risposte all'attacco.}
481 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
482 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
483 flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
484 \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
485 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
486 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
487 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
488 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
489 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
491 Si tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da
492 NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene
493 emulata controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un
494 file di lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}, in tal caso
495 infatto un file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura
496 con \const{O\_CREAT}; la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
497 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
498 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
500 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
501 indefinito, escluso il caso in cui viene usato con uno dei due nuovi flag
502 \const{O\_PATH} o \const{O\_TMPFILE} su cui torneremo a breve. Nella
503 creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre specificare
504 l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga presente che
505 indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in seguito
506 potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene aperto
507 l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
508 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
509 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
510 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
511 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
512 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
514 Dei flag illustrati in tab.~\ref{tab:open_time_flag} due, specifici di Linux
515 ed introdotti solo con i kernel più recenti, meritano un approfondimento. Il
516 primo di questi è \constd{O\_PATH}, che viene usato per limitare l'uso del
517 file descriptor restituito da \func{open} o all'identificazione di una
518 posizione sul filesystem (ad uso delle \textit{at-functions} che tratteremo in
519 sez.~\ref{sec:file_openat}) o a operazioni che riguardano solo il file
520 descriptor; in sostanza lo si potrà utilizzare solo per:
523 \item chiudere il file con \func{close};
524 \item cambiare directory di lavoro con \func{fchdir} se il file descriptor fa
525 riferimento a una directory (dal kernel 3.5);
526 \item ottenere le informazioni relative al file con \func{fstat} (dal kernel
527 3.6) o al filesystem con \func{fstatfs} (dal kernel 3.12);
528 \item usare le funzioni che duplicano il file descriptor (vedi
529 sez.~\ref{sec:file_dup});
530 \item usare il file descriptor come indicatore della directory di partenza con
531 una delle \textit{at-functions} (vedi sez.~\ref{sec:file_openat});
532 \item passare il file descriptor ad un altro processo usando un socket
533 \const{PF\_UNIX} (vedi sez.~\ref{sec:unix_socket})
537 In realtà infatti usando \constd{O\_PATH} il file non viene effettivamente
538 aperto, per cui ogni tentativo di usare il file descriptor così ottenuto con
539 funzioni che operano effettivamente sul file (come ad esempio \func{read},
540 \func{write}, \func{fchown}, \func{fchmod}, \func{ioctl}, ecc.) fallirano con
541 un errore di \errval{EBADF} come se questo non fosse un file descriptor
546 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
547 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
548 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
549 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
555 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
557 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
560 \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
561 posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
562 viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
563 quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
564 precedente. Con NFS questa funzionalità non è
565 supportata e viene emulata, per questo possono
566 verificarsi \textit{race condition} con una
567 sovrapposizione dei dati se più di un processo
568 scrive allo stesso tempo.\\
569 \constd{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
570 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
571 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
572 tutte le volte che il file è pronto per le
573 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
574 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
575 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle
576 \textit{fifo}. Per un bug dell'implementazione non
577 è opportuno usarlo in fase di apertura del file,
578 deve invece essere attivato successivamente con
580 \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
581 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
582 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
583 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
584 \textit{race condition} che si potrebbe verificare
585 con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
586 l'impostazione della suddetta modalità con
588 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
589 \constd{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
590 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
591 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
592 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
593 utilizzabile soltanto se si è definita la
594 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
595 \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
596 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
597 molti filesystem questa funzionalità non è
598 disponibile per il singolo file ma come opzione
599 generale da specificare in fase di
600 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
601 utilizzabile soltanto se si è definita la
602 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
603 \constd{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
604 le operazioni di I/O (vedi
605 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
606 il fallimento delle successive operazioni di
607 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
608 per la loro esecuzione immediata, invece del
609 blocco delle stesse in attesa di una successiva
610 possibilità di esecuzione come avviene
611 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
612 \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}),
613 o quando si vuole aprire un file di dispositivo
614 per eseguire una \func{ioctl} (vedi
615 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
616 \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
617 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
618 una \func{read} con un valore nullo e non con un
619 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
620 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
621 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
622 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
623 \constd{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
624 scrittura si bloccherà fino alla conferma
625 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
626 sull'hardware sottostante (in questo significato
627 solo dal kernel 2.6.33).\\
628 \constd{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
629 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
630 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
631 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
632 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
635 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
637 \label{tab:open_operation_flag}
640 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
641 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
642 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
643 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
644 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
645 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
646 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
647 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
648 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
649 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
650 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
651 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
653 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
654 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
655 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
656 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
657 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
658 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
659 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
660 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
661 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
662 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
664 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
665 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
666 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
667 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
668 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
669 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
670 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
671 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
672 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
675 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
676 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
677 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
678 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
679 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
680 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
681 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
682 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
683 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
684 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
686 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
687 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
688 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
689 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
690 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
691 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
692 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
693 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
695 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
696 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
697 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
698 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
700 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
701 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
702 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
703 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
704 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
705 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
706 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
707 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
708 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
709 sincronizzazione non sia completata.
711 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
712 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
713 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
714 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
715 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
716 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
717 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
718 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
719 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
720 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
721 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
723 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
724 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
726 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
727 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
728 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
729 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
730 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
734 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
735 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
738 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
739 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
743 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
744 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
745 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
748 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
749 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
750 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
751 disponibile; il suo prototipo è:
755 \fdecl{int close(int fd)}
756 \fdesc{Chiude un file.}
759 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
760 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
762 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
763 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
765 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
768 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
769 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
770 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
771 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
772 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
773 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
774 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
777 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
778 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
779 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
780 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
781 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
782 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
783 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
784 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
785 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
786 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
787 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
789 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
790 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
791 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
792 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
793 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
794 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
795 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
796 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
797 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
800 \subsection{La gestione della posizione nel file}
801 \label{sec:file_lseek}
803 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
804 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
805 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
806 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
807 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
808 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
810 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
811 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
812 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
813 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
819 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
820 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
823 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
824 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
826 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
827 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
829 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
832 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
835 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
836 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
837 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
838 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
839 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
840 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
841 \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
842 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
843 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
844 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
845 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
846 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
851 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
853 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
856 \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
857 deve essere positivo, di \param{offset} indica
858 direttamente la nuova posizione corrente.\\
859 \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
860 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
861 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
863 \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
864 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
865 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
868 \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
869 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
870 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
872 \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
873 \textit{hole} nel file che segue o inizia
874 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
875 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
876 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
877 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
880 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
881 \label{tab:lseek_whence_values}
885 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
886 % http://lwn.net/Articles/439623/
888 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
889 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
890 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
891 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
892 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
893 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
895 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
896 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
897 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
898 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
899 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
900 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
901 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
902 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
905 \itindbeg{sparse~file}
906 \index{file!\textit{hole}|(}
908 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
909 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
910 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
911 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
912 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file. Il nome deriva dal fatto
913 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
914 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte
915 scritta dopo lo spostamento non corrisponde ad una allocazione effettiva di
916 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
919 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
920 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
921 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
922 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che
923 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
924 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
925 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
926 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
927 quella parte del file.
929 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
930 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
931 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
932 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
933 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
934 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
935 effettivamente allocati per il file.
937 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
938 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
939 effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre
940 proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si
941 estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una
942 struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata ad una delle funzioni
943 \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
945 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
946 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
947 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
948 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
949 accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di
950 un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
951 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
952 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
953 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
956 \itindend{sparse~file}
958 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
959 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
960 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
961 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
962 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
963 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
964 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
965 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
966 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
967 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
968 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
971 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
972 buco in un file è lasciata all'implementazione del
973 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
974 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
975 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
976 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
977 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
978 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
979 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
981 \index{file!\textit{hole}|)}
984 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
985 \label{sec:file_read}
987 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
988 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
993 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
994 \fdesc{Legge i dati da un file.}
997 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
998 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1000 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
1001 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1002 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1003 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1004 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1005 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1006 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1008 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1009 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
1011 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1012 significato generico.}
1015 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1016 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
1017 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
1018 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
1019 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
1020 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
1021 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
1022 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
1024 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1025 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1026 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1027 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1028 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
1029 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1030 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1031 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1032 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1034 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1035 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1036 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1037 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1038 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1039 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1040 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1041 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1043 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1044 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1045 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1046 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1047 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1048 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
1049 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1051 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1052 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1053 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1054 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1055 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1056 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
1057 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1058 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1059 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1060 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1061 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1062 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1063 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1064 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1065 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1067 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1068 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1069 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1070 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1071 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1072 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1073 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1074 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1075 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1076 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1080 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1081 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1084 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1085 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1086 \func{read} e \func{lseek}.}
1089 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1090 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1091 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1092 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1093 modificare la posizione corrente.
1095 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1096 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1097 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1098 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1099 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1100 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1102 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1103 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1104 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1106 #define _XOPEN_SOURCE 500
1108 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1109 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1113 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1114 \label{sec:file_write}
1116 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1117 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1122 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1123 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1126 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1127 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1129 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1130 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1131 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1132 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1133 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1134 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1135 potuto scrivere qualsiasi dato.
1136 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1137 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1138 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1139 altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1140 segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1141 la funzione ritorna questo errore.
1143 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1144 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1148 \itindbeg{append~mode}
1150 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1151 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1152 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1153 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1154 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1155 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1156 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1157 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1159 \itindend{append~mode}
1161 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1162 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1163 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1164 stesso comportamento di \func{read}.
1166 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1167 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1168 nel file, il suo prototipo è:
1172 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1173 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1176 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1177 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1178 \func{write} e \func{lseek}.}
1181 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1184 \section{Caratteristiche avanzate}
1185 \label{sec:file_adv_func}
1187 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1188 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1189 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1190 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1191 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1194 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1195 \label{sec:file_shared_access}
1197 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1198 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1199 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1200 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1201 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1204 \begin{figure}[!htb]
1206 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1207 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1209 \label{fig:file_mult_acc}
1212 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1213 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1214 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1215 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1216 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1217 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1220 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1221 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1222 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1223 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1224 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1226 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1227 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1228 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1229 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1230 della struttura \kstruct{inode}.
1231 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1232 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1233 dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1234 scrittura il file viene automaticamente esteso.
1235 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1236 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1237 c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1238 fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
1239 dalla struttura \kstruct{inode}.
1242 \begin{figure}[!htb]
1244 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1245 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1246 \label{fig:file_acc_child}
1249 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1250 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}. Questo è ad esempio il
1251 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1252 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1253 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1254 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1255 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1257 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1258 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1259 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1260 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1261 table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1262 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1263 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1264 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1265 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1266 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1267 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1270 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1271 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1272 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1273 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1274 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1275 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1276 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1277 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1278 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1279 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1281 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1282 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1283 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1284 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1285 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1286 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1287 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1288 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1290 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1291 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1292 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1293 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1294 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1295 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1296 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1297 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1298 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1300 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1301 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1302 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1303 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition};
1304 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
1305 \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come abbiamo appena visto, il
1306 file sarà esteso, ma il primo processo, avrà una posizione corrente che aveva
1307 impostato con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la
1308 sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
1310 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1311 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1312 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1313 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1314 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1315 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1316 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1317 il file. Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1318 call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1319 realizza un'operazione atomica.
1322 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1323 \label{sec:file_dup}
1325 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1326 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1327 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1328 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1333 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1334 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1337 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1338 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1340 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1341 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1347 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1348 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1349 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1350 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1351 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1352 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1353 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1354 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1355 da cui il nome della funzione.
1357 \begin{figure}[!htb]
1358 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1359 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1360 \label{fig:file_dup}
1363 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1364 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1365 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1366 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1367 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1368 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1371 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1372 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1373 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1374 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1375 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1376 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1378 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1379 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1380 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1381 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1382 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1385 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1386 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1387 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1388 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1389 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1390 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1391 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1392 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1393 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1394 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1395 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1397 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1398 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1399 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1400 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1401 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1402 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1403 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1407 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1408 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1411 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1412 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1414 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1415 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1416 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1418 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1419 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1425 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1426 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1427 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1428 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1429 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1430 e si limita a restituire \param{newfd}.
1432 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1433 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1434 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1435 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1436 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1437 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1438 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1441 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1442 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1443 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1444 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1445 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1446 abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1447 piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1448 aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1449 condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1450 OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1451 una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1453 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1454 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1455 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1456 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1457 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1458 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1459 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1460 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1461 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1462 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1463 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1465 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1466 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1467 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1468 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1469 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1473 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1474 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1477 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1478 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1479 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1480 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1484 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1485 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1486 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1487 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1488 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1491 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1492 \label{sec:file_sync}
1494 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1495 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1496 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1497 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1500 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1501 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1502 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1503 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1504 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1505 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1509 \fdecl{void sync(void)}
1510 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1513 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1516 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1517 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1518 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1519 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1520 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1521 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1522 scrittura effettiva.
1524 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1525 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1526 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1527 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1528 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1529 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1530 comportamento può essere controllato attraverso il file
1531 \sysctlfiled{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1532 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1533 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1534 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1535 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1536 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1537 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1539 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1540 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1541 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1546 \fdecl{int fsync(int fd)}
1547 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1548 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1549 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1552 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1553 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1555 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1558 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1559 significato generico.}
1562 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1563 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1564 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1565 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1566 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1567 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1568 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1569 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1570 che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non necessarie all'integrità
1571 dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1573 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1574 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1575 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1576 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1577 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1578 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1579 automatica delle voci delle directory.}
1581 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1582 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1583 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1584 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1585 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1588 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1589 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1590 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1591 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1592 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1597 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1598 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1602 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1603 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1605 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1610 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1611 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1612 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1615 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1616 \label{sec:file_openat}
1618 \itindbeg{at-functions}
1620 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1621 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname}
1622 relativi, è la possibilità, quando un \textit{pathname} relativo non fa
1623 riferimento ad un file posto direttamente nella directory di lavoro corrente,
1624 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1625 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1626 di una \textit{race condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink
1627 attack} (si ricordi quanto visto per \func{access} in
1628 sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1630 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1631 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1632 \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui
1633 sarebbe invece utile che ogni singolo \textit{thread} avesse la sua directory
1636 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1637 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1638 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1639 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1640 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1641 altre operazioni) usando un \textit{pathname} relativo ad una directory
1642 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1643 principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1644 \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1645 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1646 prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1647 \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1648 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1649 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1650 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1651 ad essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1652 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1653 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1655 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1656 sarà la base della risoluzione dei \textit{pathname} relativi che verranno
1657 usati in seguito, dopo di che si dovrà passare il relativo file descriptor
1658 alle varie funzioni che useranno quella directory come punto di partenza per
1659 la risoluzione. In questo modo, anche quando si lavora con i \textit{thread},
1660 si può mantenere una directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1662 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \textit{race condition},
1663 consente anche di ottenere aumenti di prestazioni significativi quando si
1664 devono eseguire molte operazioni su sezioni dell'albero dei file che prevedono
1665 delle gerarchie di sottodirectory molto profonde. Infatti in questo caso basta
1666 eseguire la risoluzione del \textit{pathname} della directory di partenza una
1667 sola volta (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere
1668 a ciascun file che essa contiene.
1670 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1671 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1672 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1673 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1674 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1678 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1679 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1680 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.}
1683 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1684 \func{open}, ed in più:
1686 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1687 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1688 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1693 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1694 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1695 argomenti si utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto
1696 rispetto alla directory indicata da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un
1697 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1698 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD}, la
1699 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1700 processo. Si tenga presente però che questa, come le altre costanti
1701 \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole
1702 usare occorrerà includere comunque questo file, anche per le funzioni che non
1703 sono definite in esso.
1705 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1706 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1707 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1708 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1709 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1710 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1711 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore
1712 di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1717 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1719 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1722 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1723 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1724 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1725 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1726 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1727 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1728 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1729 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1730 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1731 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1732 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1733 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1734 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1735 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1738 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1739 corrispettive funzioni classiche.}
1740 \label{tab:file_atfunc_corr}
1743 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1744 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1746 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1747 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1748 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1749 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1750 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1751 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1752 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1753 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1754 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1759 % TODO trattare fstatat e con essa
1760 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
1761 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
1762 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f)
1764 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1765 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1766 % http://lwn.net/Articles/562488/
1767 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1768 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1769 % http://lwn.net/Articles/569134/
1770 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1771 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1774 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1775 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1776 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1777 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1778 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1779 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1780 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1781 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1782 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1784 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1785 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1786 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1791 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1793 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1796 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1797 \func{chown}, ed in più:
1799 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1800 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1801 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1802 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1807 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1808 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1809 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1810 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1811 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1814 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1815 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1816 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1817 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1821 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1822 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1825 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1826 \func{access}, ed in più:
1828 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1829 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1830 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1831 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1836 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1837 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1838 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1839 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1840 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1841 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1842 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1846 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1847 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1848 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1849 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1853 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1854 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1857 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1858 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1861 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1862 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1863 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1864 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1869 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1870 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1871 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1872 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1873 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1874 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1875 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1876 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1877 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1879 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1880 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1881 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1882 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1883 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1884 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1885 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1886 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1889 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1890 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1891 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1892 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1893 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1894 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1899 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1901 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1904 \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1905 dereferenziazione dei collegamenti
1907 \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1908 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1909 (usato esplicitamente solo da
1911 \constd{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1912 il controllo dei permessi sia fatto usando
1913 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1915 \constd{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1916 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1917 invece che come \func{unlink}.\\
1920 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1921 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1922 \label{tab:at-functions_constant_values}
1926 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
1929 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1930 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1931 quella relativa a \func{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1932 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1933 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1934 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1935 precisione fino al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
1936 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
1937 introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
1938 della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
1939 da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
1940 nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
1941 parleremo.} ed il suo prototipo è:
1945 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
1946 timespec times[2], int flags)}
1947 \fdesc{Cambia i tempi di un file.}
1950 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1951 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1953 \item[\errcode{EACCES}] si è richiesta l'impostazione del tempo corrente ma
1954 non si ha il permesso di scrittura sul file, o non si è proprietari del
1955 file o non si hanno i privilegi di amministratore; oppure il file è
1956 immutabile (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1957 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
1959 \item[\errcode{EFAULT}] \param{times} non è un puntatore valido oppure
1960 \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma \param{pathname} è \var{NULL} o non è
1961 un puntatore valido.
1962 \item[\errcode{EINVAL}] si sono usati dei valori non corretti per i tempi di
1963 \param{times}, oppure è si usato un valore non valido per \param{flags},
1964 oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
1965 \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
1966 \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto un cambiamento nei tempi non al tempo
1967 corrente, ma non si è proprietari del file o non si hanno i privilegi di
1968 amministratore; oppure il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
1969 sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
1970 \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
1971 componenti di \param{pathname}.
1973 ed inoltre per entrambe \errval{EROFS} e per \func{utimensat}
1974 \errval{ELOOP}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOTDIR} nel
1975 loro significato generico.}
1978 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
1979 di strutture \struct{timespec} esattamente come \func{futimes} (si veda quanto
1980 illustrato in sez.~\ref{sec:file_file_times}).
1982 La funzione supporta invece, rispetto ad \func{utimes} che abbiamo visto in
1983 sez.~\ref{sec:file_file_times}, una sintassi più complessa che consente una
1984 indicazione sicura del file su cui operare specificando la directory su cui si
1985 trova tramite il file descriptor \param{dirfd} ed il suo nome come
1986 \textit{pathname relativo} in \param{pathname}.\footnote{su Linux solo
1987 \func{utimensat} è una \textit{system call} e \func{futimens} è una funzione
1988 di libreria, infatti se \param{pathname} è \var{NULL} \param{dirfd} viene
1989 considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento del tempo
1990 applicato al file sottostante, qualunque esso sia, per cui
1991 \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd,
1992 NULL, times, 0)} ma nella \acr{glibc} questo comportamento è disabilitato
1993 seguendo lo standard POSIX, e la funzione ritorna un errore di
1994 \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.}
1996 Torneremo su questa sintassi e sulla sua motivazione in
1997 sez.~\ref{sec:file_openat}, quando tratteremo tutte le altre funzioni (le
1998 cosiddette \textit{at-functions}) che la utilizzano; essa prevede comunque
1999 anche la presenza dell'argomento \param{flags} con cui attivare flag di
2000 controllo che modificano il comportamento della funzione, nel caso specifico
2001 l'unico valore consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} che indica alla
2002 funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa che le permette
2003 di riprodurre le funzionalità di \func{lutimes}.
2006 \texttt{ATTENZIONE PARTE DA RIVEDERE}
2009 \itindend{at-functions}
2011 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2012 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
2013 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2015 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
2016 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html
2018 \subsection{Le operazioni di controllo}
2019 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2021 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2022 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2023 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2024 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2025 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2027 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2028 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2029 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2030 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2031 il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2037 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2038 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2039 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2040 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2041 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
2044 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2045 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2046 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2047 l'unico valido in generale è:
2049 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2054 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2055 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2056 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2057 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2058 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2059 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2060 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2061 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2063 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2064 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2065 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2066 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2067 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2068 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2069 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2070 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2071 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2072 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2073 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2074 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2075 descrittori consentito.
2077 \itindbeg{close-on-exec}
2079 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2080 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2081 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2082 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2083 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2084 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2085 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2087 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2088 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2089 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2090 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2091 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2092 serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2093 \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2094 pertanto che il flag non è impostato.
2096 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2097 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2098 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2099 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2100 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2101 tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2102 ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2103 si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2104 \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2105 \itindend{close-on-exec}
2107 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2108 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2109 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2110 comando permette di rileggere il valore di quei bit
2111 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2112 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2113 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2114 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2115 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2116 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2117 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2118 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
2120 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2121 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2122 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2123 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2124 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2125 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2126 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2127 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2128 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2129 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2130 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2132 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2133 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2134 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2135 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2136 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2137 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2139 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2140 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2141 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2142 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2143 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2145 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2146 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2147 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2148 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2149 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2151 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2152 processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2153 che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2154 segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2155 asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2156 \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2157 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2158 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2161 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2162 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2163 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2164 \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2165 valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2166 $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2167 \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2168 presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2169 modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2170 che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2171 in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2172 dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2175 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2176 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2177 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2178 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2179 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2180 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2181 l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2182 unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2183 può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2184 il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2185 della \acr{glibc} e del kernel.
2187 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2188 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2189 segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2190 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2191 caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2192 \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2195 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2196 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2197 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2198 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2199 per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2200 valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2201 \textit{process group}.
2203 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2204 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2205 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2206 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2207 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2208 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2209 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2210 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2211 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2212 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2213 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2214 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2215 interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2218 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2219 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2220 o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2221 preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2222 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2223 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2224 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2226 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2227 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2228 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2229 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2230 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2231 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2232 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2233 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2235 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2236 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2237 del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2238 \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2239 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2240 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2241 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2242 un tipo di identificatore valido.
2244 \begin{figure}[!htb]
2245 \footnotesize \centering
2246 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2247 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2250 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2251 \label{fig:f_owner_ex}
2254 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2255 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2256 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2257 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2258 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2259 \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2260 \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2261 rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2262 ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2263 di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2264 sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2265 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2266 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2267 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2269 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2270 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2271 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2272 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2273 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2274 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2275 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2276 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2277 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2279 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2280 I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2281 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2282 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2283 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2284 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2285 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2286 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2287 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2288 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2290 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2291 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2292 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2293 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2294 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2295 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2296 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2297 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2298 accumulati in una coda prima della notifica.
2300 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2301 processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2302 di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2303 diversi da \errval{EBADF}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2304 solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è
2305 trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2307 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2308 di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2309 del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2310 successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2311 \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2312 (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2313 \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2314 lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2315 hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2316 capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2318 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2319 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2320 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2321 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2322 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2323 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2324 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2326 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2327 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2328 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2329 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2330 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2331 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2332 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2333 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2334 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2336 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2337 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2338 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2339 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2340 restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2341 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2342 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2344 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2345 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2346 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2347 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2348 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2349 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2350 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2351 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2352 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2353 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2354 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2355 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2356 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2357 precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2358 impostare un valore superiore a quello indicato da
2359 \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}. Il comando è specifico di Linux, è
2360 disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2361 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2365 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2366 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2368 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2369 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2370 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2371 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2372 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2373 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2374 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2375 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2376 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2378 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2379 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2380 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2381 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2382 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2383 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2384 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2385 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2388 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2389 % \label{sec:file_ioctl}
2391 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2392 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2393 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2394 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2395 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2396 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2397 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2398 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2400 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2401 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2402 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2406 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2407 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2410 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2411 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2412 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2415 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2417 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2418 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2419 riferimento \param{fd}.
2421 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2425 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2426 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2427 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2428 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2429 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2430 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2431 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2432 omesso, e per altre è un semplice intero.
2434 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2435 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2436 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2437 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2438 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2440 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2441 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2442 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2444 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2445 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2446 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2447 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2448 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2449 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2451 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2452 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2453 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2454 successivi (come ext3).}
2457 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2458 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2459 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2460 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2461 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2462 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2463 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2464 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2465 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2466 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2467 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2468 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2469 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2470 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2471 imprevedibili o indesiderati.
2473 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2474 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2475 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2476 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2477 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2478 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2479 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2481 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2482 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2483 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2484 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2485 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2486 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2487 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2488 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2489 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2490 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2491 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2492 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2493 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2494 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2495 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2496 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2498 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2499 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2500 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2501 disabilita, un valore non nullo abilita).
2502 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2503 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2504 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2505 valore specifica il PID del processo.
2506 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2507 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2508 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2509 scritto il PID del processo.
2510 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2511 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2512 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2513 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2514 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2515 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2516 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2517 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2518 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2519 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2522 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2523 % http://lwn.net/Articles/429345/
2525 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2526 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2527 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2528 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2529 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2530 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2531 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2532 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2533 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2534 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2535 due funzioni sono rimaste.
2537 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2538 % (bassa/bassissima priorità)
2539 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2540 % EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2541 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2545 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2546 \label{sec:files_std_interface}
2549 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2550 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2551 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2553 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2554 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2555 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2556 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2557 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2558 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2560 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2561 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2562 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2563 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2566 \subsection{I \textit{file stream}}
2567 \label{sec:file_stream}
2569 \itindbeg{file~stream}
2571 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2572 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2573 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2575 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2576 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2577 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2578 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2579 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2580 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2581 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2583 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2584 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2585 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2586 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2587 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2588 all'ottenimento della massima efficienza.
2590 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2591 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2592 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2593 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2594 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2595 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2597 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2598 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2599 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2600 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2601 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2602 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2605 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2606 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2607 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2608 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2609 indicatori di stato e di fine del file.
2611 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2612 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2613 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2614 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2615 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2616 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2617 file \headfile{stdio.h}.
2619 \itindend{file~stream}
2621 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2622 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2623 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2624 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2625 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2627 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2628 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2629 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2630 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2631 prende i caratteri dalla tastiera.
2632 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2633 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2634 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2635 scrive sullo schermo.
2636 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2637 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2638 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2639 terminale e scrive sullo schermo.
2642 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2643 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2644 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2645 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2646 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2647 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2648 usare la funzione \func{freopen}.
2651 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2652 \label{sec:file_buffering}
2654 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2655 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2656 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2657 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2658 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2659 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2662 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2663 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2664 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2665 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2666 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2667 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2668 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2669 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2670 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2671 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2672 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2674 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2675 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2676 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2677 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2678 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2679 input/output sul terminale.
2681 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2682 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2683 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2685 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2686 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2687 (effettuando immediatamente una \func{write});
2688 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2689 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2690 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2691 quando si preme invio);
2692 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2693 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2696 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
2697 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
2698 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
2699 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
2701 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2702 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2703 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2704 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
2705 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
2706 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
2707 buffered} altrimenti.
2709 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
2710 output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
2711 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
2712 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
2715 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2716 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2717 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2718 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2719 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2720 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2721 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2723 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2724 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2725 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2726 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2727 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2728 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2729 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2730 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2734 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2735 \label{sec:file_fopen}
2737 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2738 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2739 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2740 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2744 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2745 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2746 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2747 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2748 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2749 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2752 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2753 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2754 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2755 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2756 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2757 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2761 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2762 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2763 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2764 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2765 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2767 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2768 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2769 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2770 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2771 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2773 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2774 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2775 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2776 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
2777 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2782 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2784 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2787 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2788 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2790 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2791 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2794 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2795 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2796 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2798 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2799 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2800 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2803 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2804 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
2806 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2807 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
2810 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2811 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2814 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2815 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2816 \label{tab:file_fopen_mode}
2819 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2820 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2821 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2822 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2823 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2824 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2825 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2826 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2828 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
2829 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2830 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2831 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2832 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2833 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2835 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2836 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2837 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2838 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2839 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2841 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2842 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2843 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2844 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2845 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2846 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2847 chiusura dello \textit{stream}.
2849 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2850 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2852 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2853 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
2854 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
2855 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
2856 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
2857 operazione di I/O sul file.
2859 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2860 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2861 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2862 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2863 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2864 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2866 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2867 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2868 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2869 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2870 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2871 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2872 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2874 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2875 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2879 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2880 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2883 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2884 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2885 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2886 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2887 \func{write} o \func{fflush}).
2891 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2892 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2893 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2894 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2895 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
2896 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2897 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2899 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2900 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2901 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2905 \fdecl{int fcloseall(void)}
2906 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2909 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2910 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2913 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2914 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2915 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2916 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2917 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2918 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2921 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2924 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2925 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2926 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
2927 input/output non formattato:
2929 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2930 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2931 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2932 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2933 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2934 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2935 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2936 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2937 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2939 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2940 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2942 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2943 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2944 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2946 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2947 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2948 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2949 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2950 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2951 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2952 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
2953 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2955 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2956 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2957 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2958 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2960 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2961 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2962 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2963 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2964 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2965 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2967 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2968 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2969 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2970 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2971 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2972 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2976 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2977 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2978 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2979 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2982 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2983 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2986 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2987 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2988 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2989 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2991 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2992 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2996 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2997 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
3001 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
3004 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3005 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3006 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3007 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3008 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3009 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3010 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3012 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3013 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3014 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3015 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3016 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3017 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3018 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3019 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3021 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3022 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3023 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3024 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3025 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3026 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3027 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3028 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3029 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3030 l'offset rispetto al record corrente.
3032 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3033 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3034 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3035 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3036 rispettivi prototipi sono:
3040 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3041 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
3042 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3043 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
3046 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3047 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3048 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3051 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3052 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3053 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3054 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3055 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
3056 successo e -1 in caso di errore.
3058 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3059 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3060 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3061 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3063 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3064 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3068 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
3069 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
3072 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3073 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3076 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3079 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3080 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3081 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3082 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3083 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3084 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3088 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3089 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
3090 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3091 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
3094 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3095 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3098 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3099 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3100 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3101 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3102 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3103 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3104 sistemi più moderni.
3106 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3110 \subsection{Input/output binario}
3111 \label{sec:file_binary_io}
3113 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3114 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3115 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3116 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3117 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3118 i rispettivi prototipi sono:
3122 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3123 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
3124 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
3126 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
3129 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3130 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3134 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3135 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
3136 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3137 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3138 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3140 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3141 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3142 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3143 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3144 si avrà allora una chiamata tipo:
3145 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3146 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3149 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3150 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3151 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3152 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3154 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3155 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3156 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3157 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3158 corrispondente alla quantità di dati letti).
3160 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3161 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3162 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3163 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3164 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3167 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3168 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3169 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3170 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3171 stesso programma che li ha prodotti.
3173 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3174 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3175 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3176 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3177 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3178 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3179 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3180 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3182 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3183 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3184 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3185 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3186 eventuali differenze.
3188 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3189 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3190 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3191 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3192 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3196 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3197 nmemb, FILE *stream)}
3198 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3199 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3200 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3201 implicito sullo stesso.}
3204 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3208 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3211 \subsection{Input/output a caratteri}
3212 \label{sec:file_char_io}
3214 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3215 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3216 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3217 rispettivi prototipi sono:
3221 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3222 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3223 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3224 \fdecl{int getchar(void)}
3225 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
3228 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3229 errore o se si arriva alla fine del file.}
3232 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3233 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3234 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3235 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3237 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3238 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3239 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3240 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3241 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3242 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3243 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3244 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3246 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3247 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3248 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3249 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3250 precedenza nel tipo di argomento).
3252 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3253 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3254 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3255 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3257 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3258 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3259 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3260 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3266 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3267 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3268 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3269 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3270 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
3273 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3274 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3277 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3278 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3279 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3280 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3282 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3283 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3284 loro prototipi sono:
3288 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3289 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3290 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3291 \fdecl{int putchar(int c)}
3292 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3295 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3296 \val{EOF} per un errore.}
3299 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3300 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3301 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3302 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3303 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3304 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3305 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3306 ritorno è \val{EOF}.
3308 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3309 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3310 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3311 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3312 il lock implicito dello \textit{stream}.
3314 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3315 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3316 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3320 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3321 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3322 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3323 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3326 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3327 \val{EOF} per un errore.}
3330 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3331 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3332 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3333 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3335 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3336 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3337 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3338 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3339 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3342 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3343 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3344 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3345 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3349 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3350 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3353 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3357 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3358 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3359 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3360 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3361 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3362 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3364 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3365 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3366 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3367 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3368 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3369 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3371 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3372 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3373 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3375 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3376 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3377 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3378 rimandati indietro vengono scartati.
3381 \subsection{Input/output di linea}
3382 \label{sec:file_line_io}
3384 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3385 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3386 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3387 caratteristiche più controverse.
3389 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3390 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3395 \fdecl{char *gets(char *string)}
3396 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3397 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3398 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3401 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3402 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3405 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3406 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3407 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3408 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3409 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3410 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3411 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3412 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3413 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3414 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3416 \itindbeg{buffer~overflow}
3418 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3419 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3420 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3421 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3422 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3423 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3424 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3425 nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3427 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3428 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3429 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3430 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3431 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3432 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3433 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3434 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3436 \itindend{buffer~overflow}
3438 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3439 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3440 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3441 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3442 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3443 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3444 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3445 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3448 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3449 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3450 rispettivi prototipi sono:
3454 \fdecl{int puts(char *string)}
3455 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3456 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3457 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3460 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3464 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3465 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3466 la scrive sul file indicato da \param{stream}. Dato che in questo caso si
3467 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3468 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3469 output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3470 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3471 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3472 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3474 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3475 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3476 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3477 loro prototipi sono:
3481 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3482 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3483 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3484 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3487 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3488 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3493 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3494 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3495 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3496 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3497 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3498 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3499 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3501 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
3502 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3503 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3504 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3505 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3506 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3507 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3509 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3510 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3511 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3512 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3513 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3514 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3515 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3516 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3517 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3518 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3520 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
3521 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3522 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3523 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3524 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3525 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3526 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3530 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3531 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3534 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3535 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3538 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3539 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3540 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3541 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3544 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3545 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3546 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3547 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3548 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3549 dimensioni del buffer suddetto.
3551 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3552 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3553 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3554 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3555 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3556 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3558 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3559 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3560 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3561 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3563 \includecodesnip{listati/getline.c}
3564 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3565 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3567 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3568 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3569 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3570 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3571 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3572 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3575 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3576 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3577 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3578 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3582 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3583 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3587 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3591 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3592 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3593 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3594 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3595 dell'argomento \param{delim}.
3598 \subsection{Input/output formattato}
3599 \label{sec:file_formatted_io}
3601 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3602 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3603 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3604 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3606 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3607 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3608 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3612 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3613 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3614 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3615 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3616 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3617 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3620 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3621 valore negativo per un errore.}
3625 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3626 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
3627 variabile e dipende dal formato stesso.
3629 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3630 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3631 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3632 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3633 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3634 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3635 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3639 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3640 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3643 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3647 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3648 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3649 non possa essere sovrascritto.
3654 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3656 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3659 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3661 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3662 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3663 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3664 decimale senza segno.\\
3666 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3667 rispettivamente con lettere minuscole e
3669 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3670 notazione a virgola fissa.\\
3672 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3673 notazione esponenziale, rispettivamente con
3674 lettere minuscole e maiuscole.\\
3676 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3677 notazione più appropriate delle due precedenti,
3678 rispettivamente con lettere minuscole e
3681 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3682 notazione esadecimale frazionaria.\\
3683 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3684 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3685 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3686 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3687 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3690 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3691 stringa di formato di \func{printf}.}
3692 \label{tab:file_format_spec}
3695 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3696 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3697 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3698 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
3699 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
3700 specificato in \param{format}.
3702 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3703 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
3704 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3705 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3706 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3708 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3709 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3710 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3712 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3714 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3715 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3716 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3717 specificati in questo ordine:
3719 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3721 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3722 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3724 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3725 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3726 (un altro numero decimale),
3727 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3728 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3734 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3736 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3739 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3740 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3741 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3742 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3744 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3747 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3748 \label{tab:file_format_flag}
3751 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3752 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3753 \func{printf} e nella documentazione della \acr{glibc}.
3758 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3760 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3763 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3764 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3766 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3767 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3768 è di tipo \ctyp{short}.\\
3769 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3770 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3771 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3772 sono in formato esteso.\\
3773 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3774 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3775 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3776 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3778 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3779 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o
3780 \ctyp{uintmax\_t}.\\
3781 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o
3783 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
3786 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3787 \label{tab:file_format_type}
3790 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3791 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3792 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3793 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3797 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3798 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3799 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3800 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3801 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3802 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3805 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3806 valore negativo per un errore.}
3809 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3810 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3811 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3812 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
3813 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
3814 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
3815 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3817 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3818 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3819 scritti sulla stringa di destinazione:
3823 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3824 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3827 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3831 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
3834 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3835 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3836 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3837 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3842 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3843 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3844 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3847 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3852 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3853 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3854 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3855 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
3856 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
3857 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
3858 più, onde evitare \textit{memory leak}.
3860 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3862 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3863 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3864 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3865 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3866 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3867 dettaglio nella documentazione della \acr{glibc}.
3869 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3870 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3871 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3872 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3876 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3877 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
3878 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3879 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3880 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3881 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3884 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3885 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3888 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3889 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3890 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3891 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3892 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3893 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3894 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3895 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3896 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3899 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3900 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3901 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3904 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3905 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3906 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3907 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3908 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3909 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3910 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3911 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3912 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3913 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale della
3916 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3917 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3918 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3919 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3920 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3921 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3923 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3924 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3925 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3926 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3927 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3928 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3929 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3930 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3931 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3932 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3933 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3934 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3935 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3936 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3937 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3941 \section{Funzioni avanzate}
3942 \label{sec:file_stream_adv_func}
3944 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3945 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3946 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3947 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3948 programmazione \textit{multi-thread}.
3951 \subsection{Le funzioni di controllo}
3952 \label{sec:file_stream_cntrl}
3954 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3955 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3956 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3957 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3958 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3962 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3963 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3966 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3967 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3968 se \param{stream} non è valido.}
3971 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3972 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3973 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3974 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. La
3975 \acr{glibc} però supporta alcune estensioni derivate da Solaris, che
3976 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3978 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3979 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3980 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3981 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3982 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3983 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3984 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3988 \fhead{stdio\_ext.h}
3989 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3990 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3991 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3992 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3995 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3996 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3999 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
4001 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
4002 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
4003 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
4004 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
4007 \fhead{stdio\_ext.h}
4008 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
4009 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
4010 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
4011 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
4014 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4015 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4018 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
4019 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
4020 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
4021 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
4024 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
4025 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
4026 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
4027 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
4028 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
4029 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
4032 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
4033 \label{sec:file_buffering_ctrl}
4035 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
4036 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
4037 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
4038 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
4039 vengono allocati automaticamente.
4041 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
4042 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
4043 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
4048 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
4049 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
4052 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
4053 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
4056 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
4057 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
4058 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
4059 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
4060 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
4061 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
4062 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
4067 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
4069 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
4072 \constd{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
4073 \constd{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
4074 \constd{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
4077 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
4078 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4079 \label{tab:file_stream_buf_mode}
4082 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
4083 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
4084 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
4085 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
4086 funzione, può anche essere usata una variabile automatica. In
4087 \headfile{stdio.h} è definita la costante \constd{BUFSIZ}, che indica le
4088 dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste vengono usate
4089 dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale dimensione
4090 corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda del
4093 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
4094 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
4095 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
4096 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
4097 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
4098 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
4099 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
4100 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
4102 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
4103 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
4104 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
4105 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
4106 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
4107 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
4108 vengono sempre ignorati.
4110 Oltre a \func{setvbuf} la \acr{glibc} definisce altre tre funzioni per la
4111 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
4112 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
4116 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
4117 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
4118 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
4119 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
4120 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
4123 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
4127 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4128 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4129 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4130 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4131 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4132 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4133 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4134 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4135 portabilità su vecchi sistemi.
4137 Infine la \acr{glibc} provvede le funzioni non standard, anche queste
4138 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4139 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4143 \fhead{stdio\_ext.h}
4144 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4145 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4146 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4147 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4150 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4151 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4152 sono previste condizioni di errore.}
4155 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4156 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4157 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4161 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4162 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4165 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4166 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4167 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4171 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4172 (accessibile definendo una fra \macro{\_BSD\_SOURCE}, \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4173 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4175 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4177 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4178 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4179 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4180 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4181 \textit{line buffered}. Per fare questo la \acr{glibc} supporta una
4182 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4186 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4187 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4188 modalità \textit{line buffered}.}
4191 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4194 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4195 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4196 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4197 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4199 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4200 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4204 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4205 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4208 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4211 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4212 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4213 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4216 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4217 \label{sec:file_stream_thread}
4220 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4221 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4222 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4223 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4224 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4227 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4228 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4229 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4230 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4231 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4232 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4233 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4235 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4236 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4237 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4238 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4239 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4240 \macrod{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4244 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4245 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4246 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4247 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4249 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4252 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4253 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4254 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4255 precedentemente acquisito.
4257 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4258 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4262 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4263 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4266 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4267 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4270 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4271 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4272 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4273 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4274 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4275 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4277 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4278 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4279 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalla \acr{glibc})
4280 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4281 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4282 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4283 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4284 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4287 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4288 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4289 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo la \acr{glibc} fornisce al
4290 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4291 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4292 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4296 \fhead{stdio\_ext.h}
4297 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4298 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4301 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4302 previste condizioni di errore.}
4305 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4306 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4307 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4308 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4313 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4315 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4318 \constd{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4319 blocco implicito predefinito.\\
4320 \constd{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4321 dover gestire da solo il locking dello
4323 \constd{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4324 modalità di blocco dello
4328 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4329 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4330 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4333 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4334 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4335 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4336 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4338 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4342 %%% Local Variables:
4344 %%% TeX-master: "gapil"
4347 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4348 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4349 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4350 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4351 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4352 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4353 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4354 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4355 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4356 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4357 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4358 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4359 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4360 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4361 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4362 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4363 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4364 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4365 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4366 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4367 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4368 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4369 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4370 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4371 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4372 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4373 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4374 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4375 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4376 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4377 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4378 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4379 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4380 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4381 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4382 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4383 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4384 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4385 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4386 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4387 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4388 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4389 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4390 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4391 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4392 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE dell'I all' NFSv
4394 %%% Local Variables:
4396 %%% TeX-master: "gapil"
4398 % LocalWords: l'I nell' du vm Documentation Urlich Drepper futimesat times
4399 % LocalWords: futimens fs Tread all'I ll
projects / gapil.git / blob