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