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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor}, che
18 viene fornita direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede
19 funzionalità evolute come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} una
33 serie di \textit{system call} che consentono di operare sui file in maniera
34 generale. Abbiamo trattato quelle relative alla gestione delle proprietà dei
35 file nel precedente capitolo, vedremo quelle che si applicano al contenuto dei
36 file in questa sezione, iniziando con una breve introduzione sull'architettura
37 dei \textit{file descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le
38 modalità con cui consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare \itindex{inode}
55 l'\textit{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili
56 le funzioni che il \itindex{Virtual~File~System} VFS mette a disposizione
57 (quelle di tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le
58 operazioni, il file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di
59 comunicazione impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato \textit{file descriptor}. Quando un
63 file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero, tutte le
64 ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo stesso
65 numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
68 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
69 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
70 processi nella cosiddetta \itindex{process~table} \textit{process table}. Lo
71 stesso, come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i
72 file aperti, il cui elenco viene mantenuto nella cosiddetta
73 \itindex{file~table} \textit{file table}.
75 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
76 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita
77 dal puntatore a una struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono
78 raccolte tutte le informazioni relative al processo, fra queste informazioni
79 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
80 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
81 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
82 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
83 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
86 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
87 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. Come accennato in
88 sez.~\ref{sec:file_vfs_work} per ogni file aperto viene allocata una struttura
89 \kstruct{file} e la \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori
90 a ciascuna di queste strutture, che, come illustrato in
91 fig.~\ref{fig:kstruct_file}, contengono le informazioni necessarie per la
92 gestione dei file, ed in particolare:
94 \item i flag di stato \itindex{file~status~flag} del file nel campo
96 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
98 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
99 \itindex{inode} l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
100 realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta
101 a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \itindex{file~table} \textit{file table}, la
119 \itindex{process~table} \textit{process table} e le varie strutture di dati
120 che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun processo.
122 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
123 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
124 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
127 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
128 \item il numero di file aperti dal processo.
129 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
130 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
131 \itindex{file~table} \textit{file table}.
134 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
135 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
136 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
137 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
138 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
139 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
140 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
141 operazioni necessarie.
143 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
144 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
145 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
146 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
148 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
149 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
150 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
151 valori 0, 1 e 2. Il primo file è sempre associato al cosiddetto
152 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
153 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
154 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
155 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
156 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
157 dati relativi agli errori.
159 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
160 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
161 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
162 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
163 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
164 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
165 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
170 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
172 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
175 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
176 \itindex{standard~input} \textit{standard
178 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
179 \itindex{standard~output} \textit{standard
181 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
185 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
186 \label{tab:file_std_files}
189 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
190 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
191 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
192 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
193 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
194 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
195 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
196 file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
197 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
198 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
199 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
200 più volte lo stesso file.
202 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
203 table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
204 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
205 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
206 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
207 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
208 table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
209 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
211 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
212 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
213 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
214 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
215 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
216 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
217 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
222 \label{sec:file_open_close}
224 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
225 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
226 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
227 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
228 nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
229 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
236 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
238 \fdesc{Apre un file.}
241 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
242 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
244 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
245 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
246 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
247 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
248 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
249 l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
250 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
251 standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
252 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
253 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
254 \param{pathname} è un collegamento simbolico.
255 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
256 dispositivo che non esiste.
257 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
258 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente.
259 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
260 \param{pathname} non è una directory.
261 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
262 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
263 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
265 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
266 amministratori né proprietari del file.
267 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
268 di un programma in esecuzione.
269 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
270 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
272 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
273 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
274 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
277 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
278 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
279 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
280 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
281 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
282 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
283 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
284 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
285 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
287 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
288 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
289 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
290 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
291 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
292 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
293 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
294 input} dato che avrà il file descriptor 0.
296 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
297 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
298 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
299 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
300 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
301 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
302 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
303 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
304 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
306 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
307 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
308 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
309 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
310 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
311 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
312 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
313 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
315 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
316 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
317 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
318 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
319 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
320 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
322 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
323 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
324 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
325 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
326 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
327 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
332 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
334 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
337 \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
338 \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
339 \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
342 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
343 nell'apertura di un file.}
344 \label{tab:open_access_mode_flag}
347 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
348 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
349 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
350 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
351 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
352 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
353 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
354 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
355 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
356 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
357 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
358 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
359 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
361 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
362 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
363 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
364 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
365 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
366 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
367 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
368 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
369 definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
370 \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
371 un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
372 alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
374 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
375 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
376 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
377 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
378 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
379 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
380 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
381 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
382 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
383 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
384 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
389 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
391 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
394 \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
395 di titolarità del file viste in
396 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
397 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
398 essere sempre specificato.\\
399 \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
400 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
401 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
402 serve ad evitare dei possibili
403 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
404 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
405 viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
406 associato ad una unità a nastri. Non viene
407 usato al di fuori dell'implementazione di
408 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
409 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
410 \const{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
411 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
412 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
413 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
414 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
415 \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
416 l'apertura di file molto grandi, la cui
417 dimensione non è rappresentabile con la versione a
418 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
419 l'interfaccia alternativa abilitata con la
420 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
421 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
422 sempre preferibile usare la conversione automatica
423 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
424 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
426 \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
427 di terminale, questo non diventerà il terminale di
428 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
429 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
430 \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
431 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
432 aggiunta in Linux a partire dal kernel
433 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
434 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
435 \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
436 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
437 una fifo viene ignorato, negli altri casi il
438 comportamento non è specificato.\\
441 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
443 \label{tab:open_time_flag}
447 % TODO: aggiungere O_TMPFILE per la creazione di file temporanei senza che
448 % questi appaiano sul filesystem, introdotto con il 3.11, vedi:
449 % https://lwn.net/Articles/556512/, http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
450 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
452 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
453 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
454 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
455 bloccato nelle risposte all'attacco.}
457 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
458 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
459 flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
460 \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
461 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
462 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
463 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
464 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
465 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
466 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
467 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
468 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
469 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
470 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
471 file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
472 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
473 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
474 lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
476 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
477 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
478 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
479 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
480 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
481 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
482 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
483 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
484 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
485 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
486 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
491 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
493 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
496 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
497 \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
498 sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
499 sulla sua coda, per cui quanto si scrive
500 viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
501 NFS questa funzionalità non è supportata
502 e viene emulata, per questo possono verificarsi
503 \itindex{race~condition} \textit{race
504 condition} con una sovrapposizione dei dati se
505 più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
506 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
507 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
508 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
509 tutte le volte che il file è pronto per le
510 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
511 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
512 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
513 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
514 in fase di apertura del file, deve
515 invece essere attivato successivamente con
517 \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
518 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
519 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
520 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
521 \itindex{race~condition} \textit{race condition}
522 che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
523 fra l'apertura del file e l'impostazione della
524 suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
525 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
526 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
527 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
528 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
529 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
530 utilizzabile soltanto se si è definita la
531 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
532 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
533 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
534 molti filesystem questa funzionalità non è
535 disponibile per il singolo file ma come opzione
536 generale da specificare in fase di
537 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
538 utilizzabile soltanto se si è definita la
539 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
540 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
541 le operazioni di I/O (vedi
542 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
543 il fallimento delle successive operazioni di
544 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
545 per la loro esecuzione immediata, invece del
546 blocco delle stesse in attesa di una successiva
547 possibilità di esecuzione come avviene
548 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
549 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
550 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
551 una \func{ioctl} (vedi
552 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
553 \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
554 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
555 una \func{read} con un valore nullo e non con un
556 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
557 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
558 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
559 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
560 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
561 scrittura si bloccherà fino alla conferma
562 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
563 sull'hardware sottostante (in questo significato
564 solo dal kernel 2.6.33).\\
565 \const{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
566 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
567 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
568 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
569 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
572 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
574 \label{tab:open_operation_flag}
577 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
578 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
579 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
580 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
581 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
582 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
583 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
584 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
585 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
586 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
587 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
588 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
590 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
591 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
592 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
593 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
594 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
595 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
596 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
597 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
598 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
599 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
601 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
602 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
603 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
604 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
605 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
606 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
607 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
608 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
609 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
612 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
613 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
614 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
615 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
616 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
617 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
618 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
619 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
620 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
621 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
623 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
624 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
625 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
626 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
627 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
628 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
629 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
630 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
632 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
633 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
634 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
635 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
637 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
638 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
639 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
640 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
641 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
642 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
643 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
644 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
645 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
646 sincronizzazione non sia completata.
648 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
649 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
650 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
651 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
652 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
653 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
654 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
655 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
656 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
657 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
658 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
660 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
661 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
663 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
664 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
665 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
666 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
667 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
671 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
672 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
675 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
676 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
680 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
681 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
682 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
685 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
686 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
687 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
688 disponibile; il suo prototipo è:
692 \fdecl{int close(int fd)}
693 \fdesc{Chiude un file.}
696 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
697 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
699 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
700 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
702 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
705 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
706 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
707 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
708 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
709 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
710 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
711 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
712 su disco quest'ultimo viene cancellato.
714 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
715 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
716 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
717 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
718 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
719 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
720 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
721 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
722 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
723 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
724 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
726 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
727 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
728 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
729 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
730 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
731 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
732 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
733 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
734 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
737 \subsection{La gestione della posizione nel file}
738 \label{sec:file_lseek}
740 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
741 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
742 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
743 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
744 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
745 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
747 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di \textit{append} con
748 \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero all'apertura del
749 file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema
750 \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
755 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
756 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
759 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
760 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
762 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
763 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
765 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
767 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
770 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
771 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
772 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
773 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
774 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
775 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
776 \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
777 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
778 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
779 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
780 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
781 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
786 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
788 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
791 \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
792 deve essere positivo, di \param{offset} indica
793 direttamente la nuova posizione corrente.\\
794 \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
795 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
796 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
798 \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
799 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
800 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
803 \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
804 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
805 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
807 \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
808 \textit{hole} nel file che segue o inizia
809 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
810 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
811 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
812 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
815 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
816 \label{tab:lseek_whence_values}
820 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
821 % http://lwn.net/Articles/439623/
823 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
824 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
825 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
826 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
827 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
828 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
830 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
831 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
832 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
833 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
834 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
835 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
836 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
837 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
838 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
840 \itindbeg{sparse~file}
842 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
843 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
844 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
845 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
846 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
847 file. Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
848 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
849 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
850 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
851 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
853 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
854 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
855 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
856 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
857 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
858 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
859 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
860 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
861 quella parte del file.
863 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
864 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
865 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
866 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
867 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
868 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
869 effettivamente allocati per il file.
871 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
872 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
873 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
874 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
875 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
876 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
877 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
878 sez.~\ref{sec:file_stat}.
880 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
881 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
882 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
883 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
884 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
885 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
886 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
887 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
888 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
891 \itindend{sparse~file}
893 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
894 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
895 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
896 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
897 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
898 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
899 file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
900 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
901 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
902 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
903 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
904 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
907 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
908 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
909 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
910 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
911 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
912 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
913 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
914 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
915 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
919 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
920 \label{sec:file_read}
922 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
923 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
928 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
929 \fdesc{Legge i dati da un file.}
932 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
933 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
935 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
936 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
937 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
938 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
939 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
940 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
941 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
943 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
944 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
946 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
947 significato generico.}
950 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
951 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
952 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
953 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
954 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
955 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
956 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
957 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
959 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
960 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
961 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
962 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
963 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
964 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
965 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
966 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
967 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
969 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
970 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
971 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
972 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
973 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
974 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
975 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
976 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
978 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
979 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
980 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
981 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
982 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
983 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
984 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
986 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
987 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
988 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
989 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
990 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
991 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
992 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
993 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
994 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
995 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
996 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
997 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
998 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
999 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1000 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1002 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1003 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1004 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1005 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1006 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1007 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1008 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1009 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1010 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1011 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1015 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1016 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1019 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1020 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1021 \func{read} e \func{lseek}.}
1024 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1025 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1026 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1027 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1028 modificare la posizione corrente.
1030 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1031 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1032 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1033 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1034 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1035 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1037 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1038 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1039 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1041 #define _XOPEN_SOURCE 500
1043 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1044 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1048 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1049 \label{sec:file_write}
1051 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1052 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1057 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1058 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1061 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1062 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1064 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1065 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1066 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1067 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1068 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1069 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1070 potuto scrivere qualsiasi dato.
1071 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1072 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1073 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1074 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1075 \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1076 funzione ritorna questo errore.
1078 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1079 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1083 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1084 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1085 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1086 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1087 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1088 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1089 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1090 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1092 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1093 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1094 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1095 stesso comportamento di \func{read}.
1097 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1098 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1099 nel file, il suo prototipo è:
1103 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1104 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1107 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1108 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1109 \func{write} e \func{lseek}.}
1112 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1115 \section{Caratteristiche avanzate}
1116 \label{sec:file_adv_func}
1118 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1119 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1120 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1121 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1122 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1125 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1126 \label{sec:file_shared_access}
1128 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1129 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1130 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1131 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1132 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1135 \begin{figure}[!htb]
1137 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1138 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1140 \label{fig:file_mult_acc}
1143 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1144 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1145 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1146 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1147 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1148 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1149 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1151 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1152 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1153 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1154 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1155 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1158 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1159 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1160 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1161 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1162 della struttura \kstruct{inode}.
1163 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1164 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1165 prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1166 \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1167 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1168 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1169 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1170 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1171 dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1174 \begin{figure}[!htb]
1176 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1177 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1178 \label{fig:file_acc_child}
1181 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1182 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1183 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1184 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1185 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1186 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1187 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1188 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1190 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1191 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1192 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1193 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1194 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1195 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1196 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1197 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1198 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1199 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1200 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1201 figlio che occorre tenere presente.
1203 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1204 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1205 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1206 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1207 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1208 table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1209 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1210 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1211 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1212 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1213 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1215 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1216 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1217 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1218 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1219 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1220 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1221 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1222 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1224 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1225 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1226 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1227 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1228 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1229 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1230 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1231 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1232 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1234 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1235 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1236 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1237 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1238 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1239 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1240 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1241 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1242 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1243 del secondo processo.
1245 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1246 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1247 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1248 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1249 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1250 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1251 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1252 effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene
1253 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1254 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1257 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1258 \label{sec:file_dup}
1260 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1261 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1262 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1263 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1268 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1269 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1272 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1273 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1275 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1276 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1282 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1283 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1284 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1285 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1286 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1287 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1288 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1289 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1290 da cui il nome della funzione.
1292 \begin{figure}[!htb]
1293 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1294 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1295 \label{fig:file_dup}
1298 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1299 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1300 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1301 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1302 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1303 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1304 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento.
1306 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1307 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1308 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1309 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1310 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1311 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1313 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1314 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1315 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1316 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1317 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1318 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe).
1320 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1321 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1322 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1323 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1324 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1325 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1326 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1327 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1328 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1329 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1330 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1332 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1333 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1334 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1335 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1336 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1337 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1338 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1342 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1343 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1346 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1347 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1349 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1350 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1351 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1352 \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1353 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1354 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1360 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1361 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1362 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1363 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1364 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1365 e si limita a restituire \param{newfd}.
1367 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1368 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1369 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1370 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1371 condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1372 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1373 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1374 descriptor diverso da quello voluto.
1376 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1377 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1378 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1379 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1380 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1381 condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1382 indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1383 descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1384 standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1385 \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1386 condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1387 ritentare l'operazione.
1389 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1390 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1391 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1392 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1393 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1394 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1395 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1396 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1397 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1398 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1399 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1401 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1402 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1403 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1404 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1405 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1409 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1410 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1413 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1414 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1415 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1416 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1420 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1421 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1422 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1423 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1424 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1427 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1428 \label{sec:file_sync}
1430 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1431 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1432 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1433 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1436 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1437 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1438 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1439 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1440 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1441 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1445 \fdecl{void sync(void)}
1446 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1449 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1452 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1453 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1454 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1455 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1456 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1457 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1458 scrittura effettiva.
1460 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1461 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1462 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1463 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1464 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1465 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1466 comportamento può essere controllato attraverso il file
1467 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1468 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1469 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1470 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1471 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1472 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1473 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1475 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1476 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1477 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1482 \fdecl{int fsync(int fd)}
1483 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1484 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1485 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1488 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1489 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1491 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1492 che non supporta la sincronizzazione.
1494 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1495 significato generico.}
1498 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1499 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1500 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1501 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1502 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1503 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1504 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1505 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1506 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1507 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei tempi di ultima
1508 modifica ed ultimo accesso.
1510 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1511 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1512 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1513 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1514 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1515 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1516 automatica delle voci delle directory.}
1518 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1519 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1520 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1521 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1522 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1525 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1526 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1527 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1528 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1529 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1534 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1535 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1539 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1540 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1542 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1547 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1548 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1549 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1552 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1553 \label{sec:file_openat}
1555 \itindbeg{at-functions}
1557 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1558 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1559 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1560 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1561 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1562 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1563 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1564 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1565 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1566 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1568 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1569 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1570 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1571 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1572 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1573 directory di lavoro.
1575 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1576 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1577 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1578 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1579 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1580 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1581 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1582 proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1583 corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1584 dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1585 pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1586 filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1587 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1588 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1589 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino ad
1590 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1591 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1592 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1594 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1595 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1596 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1597 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1598 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1599 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1600 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1602 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1603 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1604 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1605 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1606 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1607 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1608 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1611 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1612 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1613 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1614 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1615 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1619 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1620 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1621 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1625 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1626 \func{open}, ed in più:
1628 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1629 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1630 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1635 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1636 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1637 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1638 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1639 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1640 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1641 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1642 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1643 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1644 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1645 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1646 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1648 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1649 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1650 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1651 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1652 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1653 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1654 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1655 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1660 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1662 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1665 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1666 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1667 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1668 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1669 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1670 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1671 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1672 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1673 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1674 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1675 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1676 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1677 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1678 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1681 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1682 corrispettive funzioni classiche.}
1683 \label{tab:file_atfunc_corr}
1686 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1687 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1689 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1690 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1691 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1692 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1693 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1694 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1695 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1696 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1697 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1700 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1701 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
1702 % http://lwn.net/Articles/562488/
1703 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1704 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
1705 % http://lwn.net/Articles/569134/
1706 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
1707 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
1710 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1711 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1712 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1713 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1714 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1715 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1716 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1717 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1718 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1720 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1721 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1722 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1727 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1729 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1732 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1733 \func{chown}, ed in più:
1735 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1736 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1737 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1738 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1743 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1744 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1745 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1746 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1747 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1750 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1751 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1752 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1753 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1757 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1758 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1761 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1762 \func{access}, ed in più:
1764 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1765 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1766 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1767 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1772 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1773 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1774 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1775 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1776 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1777 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1778 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1782 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1783 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1784 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1785 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1789 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1790 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1793 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1794 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1797 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1798 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1799 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1800 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1805 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1806 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1807 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1808 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1809 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1810 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1811 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1812 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1813 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1815 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1816 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1817 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1818 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1819 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1820 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1821 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1822 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1825 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1826 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1827 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1828 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1829 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1830 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1835 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1837 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1840 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1841 dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1842 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1843 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1844 (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1845 \const{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1846 il controllo dei permessi sia fatto usando
1847 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1849 \const{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1850 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1851 invece che come \func{unlink}.\\
1854 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1855 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1856 \label{tab:at-functions_constant_values}
1860 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1861 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1862 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1863 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1864 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1865 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1866 precisione fino al nanosecondo.
1868 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1870 \itindend{at-functions}
1872 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1873 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1874 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1876 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
1877 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html
1879 \subsection{Le operazioni di controllo}
1880 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1882 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1883 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1884 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1885 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1886 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1888 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1889 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1890 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1891 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1892 il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1893 sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1898 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1899 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1900 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1901 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1902 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1905 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1906 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1907 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1908 l'unico valido in generale è:
1910 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1915 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1916 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1917 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1918 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1919 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1920 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1921 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1922 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1924 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1925 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1926 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1927 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1928 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1929 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1930 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1931 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1932 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1933 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1934 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1935 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1936 descrittori consentito.
1938 \itindbeg{close-on-exec}
1940 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1941 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
1942 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1943 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1944 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1945 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1946 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1948 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1949 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1950 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1951 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1952 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
1953 serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
1954 \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
1955 pertanto che il flag non è impostato.
1957 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1958 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1959 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1960 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1961 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
1962 tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
1963 ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
1964 si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
1965 \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1966 \itindend{close-on-exec}
1968 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1969 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1970 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1971 comando permette di rileggere il valore di quei bit
1972 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1973 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1974 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1975 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1976 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1977 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1978 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1979 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
1981 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1982 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1983 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1984 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1985 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1986 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1987 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1988 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1989 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1990 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1991 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1993 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1994 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1995 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1996 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1997 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1998 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2000 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2001 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2002 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2003 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2004 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2006 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2007 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2008 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2009 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2010 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2012 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2013 processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2014 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2015 \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2016 \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2017 descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2018 urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2019 in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2020 errori diversi da \errval{EBADF}.
2022 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2023 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2024 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2025 \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2026 problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2027 compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2028 viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2029 dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2030 (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2031 \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2032 di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2033 mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2034 \var{errno}, cambiato di segno.
2036 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2037 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2038 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2039 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2040 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2041 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2042 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2043 non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2044 \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2045 generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2046 comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2047 della \acr{glibc} e del kernel.
2049 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2050 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2051 group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2052 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2053 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2054 possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2055 \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2057 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2058 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2059 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2060 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2061 per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2062 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2063 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2065 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2066 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2067 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2068 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2069 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2070 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2071 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2072 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2073 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2074 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2075 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2076 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2077 interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2078 \itindex{process~group} \textit{process group}.
2080 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2081 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2082 \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2083 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2084 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2085 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2086 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2087 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2089 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2090 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2091 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2092 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2093 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2094 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2095 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2096 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2098 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2099 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2100 del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2101 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2102 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2103 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2104 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2105 un tipo di identificatore valido.
2107 \begin{figure}[!htb]
2108 \footnotesize \centering
2109 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2110 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2113 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2114 \label{fig:f_owner_ex}
2117 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2118 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2119 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2120 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2121 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2122 \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2123 \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2124 che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2125 \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2126 \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2127 \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2128 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2129 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2130 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2132 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2133 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2134 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2135 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2136 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2137 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2138 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2139 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2140 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2142 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2143 asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2144 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2145 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2146 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2147 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2148 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2149 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2150 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2151 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2153 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2154 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2155 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2156 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2157 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2158 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2159 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2160 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2161 accumulati in una coda prima della notifica.
2163 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2164 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2165 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2166 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il comando è
2167 specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2168 \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2169 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2171 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2172 di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2173 descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2174 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2175 \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2176 valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2177 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2178 sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2179 il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2180 amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2181 \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2183 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2184 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2185 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2186 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2187 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2188 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2189 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2191 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2192 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2193 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2194 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2195 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2196 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2197 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2198 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2199 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2201 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2202 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2203 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2204 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2205 restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2206 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2207 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2209 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2210 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2211 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2212 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2213 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2214 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2215 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2216 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2217 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2218 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2219 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2220 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2221 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2222 precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2223 \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2224 superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}. Il comando è
2225 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2226 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2230 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2231 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2232 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2233 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2234 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2235 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2236 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2237 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2238 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2240 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2241 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2242 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2243 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2244 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2245 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2246 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2247 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2250 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2251 % \label{sec:file_ioctl}
2253 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2254 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2255 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2256 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2257 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2258 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2259 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2260 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2262 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2263 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2264 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2268 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2269 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2272 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2273 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2274 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2277 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2279 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2280 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2281 riferimento \param{fd}.
2283 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2287 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2288 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2289 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2290 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2291 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2292 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2293 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2294 omesso, e per altre è un semplice intero.
2296 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2297 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2298 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2299 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2300 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2302 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2303 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2304 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2306 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2307 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2308 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2309 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2310 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2311 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2313 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2314 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2315 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2316 successivi (come ext3).}
2319 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2320 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2321 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2322 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2323 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2324 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2325 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2326 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2327 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2328 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2329 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2330 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2331 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2332 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2333 imprevedibili o indesiderati.
2335 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2336 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2337 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2338 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2339 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2340 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2341 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2343 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2344 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2345 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2346 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2347 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2348 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2349 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2350 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2351 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2352 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2353 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2354 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2355 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2356 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2357 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2358 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2360 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2361 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2362 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2363 disabilita, un valore non nullo abilita).
2364 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2365 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2366 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2367 valore specifica il PID del processo.
2368 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2369 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2370 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2371 scritto il PID del processo.
2372 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2373 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2374 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2375 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2376 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2377 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2378 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2379 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2380 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2381 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2384 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2385 % http://lwn.net/Articles/429345/
2387 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2388 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2389 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2390 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2391 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2392 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2393 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2394 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2395 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2396 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2397 due funzioni sono rimaste.
2399 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2400 % (bassa/bassissima priorità)
2401 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2402 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2406 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2407 \label{sec:files_std_interface}
2410 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2411 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2412 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2414 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2415 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2416 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2417 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2418 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2419 delle \acr{glibc} per la gestione dei file.
2421 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2422 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2423 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2424 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2427 \subsection{I \textit{file stream}}
2428 \label{sec:file_stream}
2430 \itindbeg{file~stream}
2432 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2433 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2434 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2436 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2437 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2438 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2439 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2440 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2441 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2442 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2444 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2445 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2446 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2447 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2448 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2449 all'ottenimento della massima efficienza.
2451 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2452 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2453 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2454 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2455 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2456 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2458 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2459 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2460 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2461 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2462 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2463 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2466 \itindend{file~stream}
2468 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2469 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2470 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2471 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2472 indicatori di stato e di fine del file.
2474 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2475 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2476 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2477 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2478 sinonimo di \textit{stream}. Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2479 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2480 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2482 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2483 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2484 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2485 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2486 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2488 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2489 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2490 cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2491 in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2492 prende i caratteri dalla tastiera.
2493 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2494 output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2495 ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2496 all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2497 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} \textit{standard error}
2498 cioè il \textit{file stream} su cui il processo è supposto inviare i
2499 messaggi di errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output
2500 del terminale e scrive sullo schermo.
2503 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2504 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2505 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2506 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2507 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2508 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2509 usare la funzione \func{freopen}.
2512 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2513 \label{sec:file_buffering}
2515 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2516 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2517 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2518 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2519 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2520 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2523 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2524 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2525 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2526 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2527 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2528 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2529 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2530 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2531 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2532 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2533 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2535 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2536 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2537 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2538 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2539 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2540 input/output sul terminale.
2542 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2543 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2544 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2546 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2547 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2548 (effettuando immediatamente una \func{write});
2549 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2550 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2551 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2552 quando si preme invio);
2553 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2554 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2557 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2558 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2559 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2560 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2561 modalità \textit{fully buffered}.
2563 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2564 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2565 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2566 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2567 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2568 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2569 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2571 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2572 input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2573 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2574 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2575 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2577 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2578 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2579 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2580 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2581 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2582 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2583 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2585 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2586 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2587 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2588 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2589 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2590 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2591 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2592 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2596 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2597 \label{sec:file_fopen}
2599 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2600 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2601 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2602 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2606 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2607 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2608 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2609 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2610 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2611 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2614 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2615 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2616 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2617 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2618 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2619 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2623 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2624 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2625 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2626 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2627 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2629 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2630 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2631 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2632 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2633 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2635 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2636 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2637 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2638 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2639 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2644 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2646 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2649 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2650 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2652 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2653 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2656 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2657 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2658 scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2660 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2661 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2662 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2665 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2666 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2667 posto in sola scrittura.\\
2668 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2669 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2670 posto in lettura e scrittura.\\
2672 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2673 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2676 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2677 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2678 \label{tab:file_fopen_mode}
2681 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2682 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2683 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2684 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2685 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2686 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2687 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2688 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2690 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2691 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2692 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2693 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2694 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2695 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2697 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2698 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2699 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2700 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2701 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2703 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2704 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2705 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2706 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2707 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2708 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2709 chiusura dello \textit{stream}.
2711 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2712 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2714 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2715 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2716 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2717 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2718 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2719 alcuna operazione di I/O sul file.
2721 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2722 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2723 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2724 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2725 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2726 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2728 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2729 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2730 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2731 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2732 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2733 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2734 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2736 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
2737 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2741 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2742 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2745 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2746 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2747 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2748 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2749 \func{write} o \func{fflush}).
2753 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2754 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2755 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2756 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2757 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2758 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2759 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2761 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2762 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2763 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2767 \fdecl{int fcloseall(void)}
2768 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2771 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2772 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2775 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2776 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2777 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2778 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2779 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2780 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2783 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2786 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2787 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2788 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2789 input/output non formattato:
2791 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2792 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2793 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2794 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2795 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2796 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2797 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2798 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2799 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2801 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2802 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2804 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2805 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2806 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2808 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2809 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2810 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2811 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2812 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2813 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
2814 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le \acr{glibc} usano il
2815 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
2817 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2818 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2819 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
2820 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
2822 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2823 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
2824 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2825 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2826 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2827 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2829 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2830 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2831 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2832 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2833 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2834 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2838 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2839 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2840 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2841 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2844 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2845 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2848 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2849 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2850 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2851 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2853 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2854 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2858 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2859 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2863 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
2866 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2867 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2868 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2869 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2870 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2871 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2872 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2874 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2875 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2876 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2877 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2878 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2879 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2880 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2881 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2884 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2885 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2886 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2887 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2888 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2889 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2890 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2891 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2892 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2893 l'offset rispetto al record corrente.
2895 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2896 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2897 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2898 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2899 rispettivi prototipi sono:
2903 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2904 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
2905 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2906 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
2909 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2910 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2911 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2914 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2915 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2916 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2917 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2918 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
2919 successo e -1 in caso di errore.
2921 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2922 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2923 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2924 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2926 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2927 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2931 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
2932 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
2935 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2936 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2939 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2942 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2943 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2944 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2945 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2946 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2947 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2951 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2952 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
2953 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2954 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
2957 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2958 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2961 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2962 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2963 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2964 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2965 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2966 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2967 sistemi più moderni.
2969 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2973 \subsection{Input/output binario}
2974 \label{sec:file_binary_io}
2976 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2977 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2978 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2979 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2980 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2981 i rispettivi prototipi sono:
2985 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2986 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2987 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2989 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2992 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2993 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2997 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2998 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2999 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3000 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3001 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3003 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3004 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3005 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3006 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3007 si avrà allora una chiamata tipo:
3008 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3009 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3012 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3013 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3014 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3015 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3017 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3018 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3019 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3020 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3021 corrispondente alla quantità di dati letti).
3023 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3024 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3025 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3026 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3027 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3030 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3031 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3032 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3033 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3034 stesso programma che li ha prodotti.
3036 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3037 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3038 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3039 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3040 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3041 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3042 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3043 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3045 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3046 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3047 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3048 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3049 eventuali differenze.
3051 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3052 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3053 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3054 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3055 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3059 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3060 nmemb, FILE *stream)}
3061 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3062 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3063 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3064 implicito sullo stesso.}
3067 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3071 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3074 \subsection{Input/output a caratteri}
3075 \label{sec:file_char_io}
3077 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3078 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3079 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3080 rispettivi prototipi sono:
3084 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3085 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3086 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3087 \fdecl{int getchar(void)}
3088 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.}
3091 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3092 errore o se si arriva alla fine del file.}
3095 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3096 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3097 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3098 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3101 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3102 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3103 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3104 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3105 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3106 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3107 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3108 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3110 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3111 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3112 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3113 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3114 precedenza nel tipo di argomento).
3116 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3117 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3118 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3119 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3121 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3122 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3123 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3124 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3130 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3131 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3132 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3133 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3134 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3138 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3139 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3142 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3143 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3144 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3145 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3147 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3148 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3149 loro prototipi sono:
3153 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3154 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3155 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3156 \fdecl{int putchar(int c)}
3157 \fdesc{Scrive un byte sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3161 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3162 \val{EOF} per un errore.}
3165 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3166 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3167 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3168 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3169 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3170 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3171 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3172 ritorno è \val{EOF}.
3174 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3175 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3176 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3177 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3178 il lock implicito dello \textit{stream}.
3180 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3181 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3182 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3186 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3187 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3188 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3189 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3192 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3193 \val{EOF} per un errore.}
3196 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3197 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3198 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3199 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3201 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3202 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3203 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3204 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3205 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3208 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3209 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3210 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3211 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3215 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3216 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3219 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3223 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3224 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3225 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3226 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3227 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3228 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3230 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3231 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3232 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3233 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3234 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3235 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3237 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3238 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3239 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3241 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3242 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3243 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3244 rimandati indietro vengono scartati.
3247 \subsection{Input/output di linea}
3248 \label{sec:file_line_io}
3250 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3251 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3252 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3253 caratteristiche più controverse.
3255 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3256 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3261 \fdecl{char *gets(char *string)}
3262 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3263 \textit{standard input}.}
3264 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3265 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3268 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3269 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3272 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3273 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3274 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3275 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3276 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3277 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3278 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3279 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3280 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3281 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3283 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3284 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3285 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3286 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3287 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3288 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3289 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3290 molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3292 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3293 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3294 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3295 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3296 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3297 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3298 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3299 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3301 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3302 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3303 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3304 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3305 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3306 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3307 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3308 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3311 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3312 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3313 rispettivi prototipi sono:
3317 \fdecl{int puts(char *string)}
3318 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \itindex{standard~output}
3319 \textit{standard output}.}
3320 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3321 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3324 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3328 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3329 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3330 output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3331 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3332 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3333 messaggi sullo \itindex{standard~output} \textit{standard output}; la funzione
3334 prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il
3335 ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di
3336 specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge
3337 il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3339 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3340 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3341 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3342 loro prototipi sono:
3346 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3347 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3348 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3349 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3352 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3353 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3358 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3359 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3360 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3361 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3362 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3363 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3364 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3366 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3367 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3368 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3369 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3370 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3371 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3372 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3374 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3375 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3376 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3377 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3378 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3379 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3380 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3381 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3382 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3383 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3385 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3386 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3387 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3388 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3389 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3390 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3391 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3395 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3396 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3399 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3400 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3403 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3404 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3405 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3406 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3409 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3410 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3411 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3412 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3413 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3414 dimensioni del buffer suddetto.
3416 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3417 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3418 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3419 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3420 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3421 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3422 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3424 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3425 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3426 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3427 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3429 \includecodesnip{listati/getline.c}
3430 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3431 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3434 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3435 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3436 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3437 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3438 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3439 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3442 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3443 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3444 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3445 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3449 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3450 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3454 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3458 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3459 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3460 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3461 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3462 dell'argomento \param{delim}.
3465 \subsection{Input/output formattato}
3466 \label{sec:file_formatted_io}
3468 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3469 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3470 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3471 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3473 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3474 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3475 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3479 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3480 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3481 \textit{standard output}.}
3482 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3483 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3484 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3485 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3488 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3489 valore negativo per un errore.}
3493 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3494 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3495 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3497 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3498 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3499 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3500 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3501 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3502 sovrascrittura di altre variabili e possibili \textit{buffer overflow}. Per
3503 questo motivo si consiglia l'uso dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui
3508 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3509 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3512 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3516 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3517 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3518 non possa essere sovrascritto.
3523 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3525 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3528 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3530 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3531 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3532 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3533 decimale senza segno.\\
3535 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3536 rispettivamente con lettere minuscole e
3538 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3539 notazione a virgola fissa.\\
3541 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3542 notazione esponenziale, rispettivamente con
3543 lettere minuscole e maiuscole.\\
3545 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3546 notazione più appropriate delle due precedenti,
3547 rispettivamente con lettere minuscole e
3550 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3551 notazione esadecimale frazionaria.\\
3552 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3553 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3554 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3555 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3556 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3559 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3560 stringa di formato di \func{printf}.}
3561 \label{tab:file_format_spec}
3564 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3565 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3566 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3567 si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic}
3568 \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende
3569 appunto da quello che si è specificato in \param{format}.
3571 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3572 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati all'output, e da direttive di
3573 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3574 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3575 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3577 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3578 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3579 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3581 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3583 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3584 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3585 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3586 specificati in questo ordine:
3588 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3590 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3591 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3593 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3594 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3595 (un altro numero decimale),
3596 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3597 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3603 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3605 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3608 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3609 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3610 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3611 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3613 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3616 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3617 \label{tab:file_format_flag}
3620 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3621 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3622 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3627 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3629 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3632 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3633 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3635 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3636 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3637 è di tipo \ctyp{short}.\\
3638 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3639 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3640 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3641 sono in formato esteso.\\
3642 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3643 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3644 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3645 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3647 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3648 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o
3649 \type{uintmax\_t}.\\
3650 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o
3652 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3655 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3656 \label{tab:file_format_type}
3659 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3660 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3661 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3662 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3666 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3667 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3668 \textit{standard output}.}
3669 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3670 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3671 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3672 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3675 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3676 valore negativo per un errore.}
3679 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3680 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3681 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3682 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3683 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3684 l'esecuzione della funzione l'argomento
3685 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3686 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3688 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3689 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3690 scritti sulla stringa di destinazione:
3694 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3695 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3698 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3702 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
3705 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3706 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3707 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3708 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3713 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3714 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3715 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3718 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3723 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3724 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3725 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3726 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3727 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3728 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3729 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3732 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3734 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3735 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3736 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3737 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3738 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3739 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3741 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3742 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3743 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3744 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3748 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3749 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \itindex{standard~input}
3750 \textit{standard input}.}
3751 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3752 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3753 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3754 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3757 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3758 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3761 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3762 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3763 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3764 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3765 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3766 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3767 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3768 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3769 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3772 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3773 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3774 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3777 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3778 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3779 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3780 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3781 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3782 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3783 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3784 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3785 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3786 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3789 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3790 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3791 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3792 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3793 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3794 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3796 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3797 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3798 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3799 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3800 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3801 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3802 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3803 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3804 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3805 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3806 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3807 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3808 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3809 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3810 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3814 \section{Funzioni avanzate}
3815 \label{sec:file_stream_adv_func}
3817 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3818 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3819 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3820 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3821 programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3824 \subsection{Le funzioni di controllo}
3825 \label{sec:file_stream_cntrl}
3827 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3828 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3829 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3830 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3831 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3835 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3836 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3839 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3840 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3841 se \param{stream} non è valido.}
3844 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3845 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3846 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3847 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. Le
3848 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3849 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3851 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3852 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3853 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3854 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3855 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3856 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3857 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3861 \fhead{stdio\_ext.h}
3862 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3863 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3864 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3865 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3868 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3869 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3872 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3874 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3875 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3876 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3877 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3880 \fhead{stdio\_ext.h}
3881 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3882 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3883 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3884 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3887 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3888 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3891 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3892 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3893 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3894 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3897 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3898 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3899 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3900 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3901 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3902 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3905 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3906 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3908 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3909 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3910 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3911 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3912 vengono allocati automaticamente.
3914 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3915 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3916 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3921 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3922 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3925 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3926 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3929 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3930 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3931 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3932 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3933 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3934 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3935 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3940 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3942 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3945 \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3946 \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3947 \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3950 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3951 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3952 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3955 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3956 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3957 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3958 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3959 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3960 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3961 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste
3962 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale
3963 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3966 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3967 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3968 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3969 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3970 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3971 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3972 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3973 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3975 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3976 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3977 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3978 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3979 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3980 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3981 vengono sempre ignorati.
3983 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3984 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3985 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3989 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3990 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3991 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3992 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3993 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3996 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
4000 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4001 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4002 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4003 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4004 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4005 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4006 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4007 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4008 portabilità su vecchi sistemi.
4010 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
4011 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4012 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4016 \fhead{stdio\_ext.h}
4017 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4018 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4019 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4020 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4023 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4024 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4025 sono previste condizioni di errore.}
4028 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4029 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4030 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4034 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4035 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4038 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4039 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4040 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4044 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4045 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4046 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4048 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4050 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4051 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4052 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4053 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4054 \textit{line buffered}. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una
4055 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4059 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4060 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4061 modalità \textit{line buffered}.}
4064 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4067 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4068 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4069 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4070 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4072 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4073 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4077 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4078 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4081 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4084 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4085 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4086 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4089 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4090 \label{sec:file_stream_thread}
4094 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4095 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4096 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4097 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4098 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4101 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4102 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4103 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4104 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4105 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4106 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4107 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4109 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4110 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4111 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4112 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4113 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4114 \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4118 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4119 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4120 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4121 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4123 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4126 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4127 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4128 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4129 precedentemente acquisito.
4131 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4132 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4136 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4137 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4140 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4141 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4144 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4145 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4146 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4147 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4148 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4149 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4151 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4152 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4153 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4154 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4155 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4156 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4157 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4158 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4161 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4162 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4163 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4164 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4165 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4166 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4170 \fhead{stdio\_ext.h}
4171 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4172 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4175 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4176 previste condizioni di errore.}
4179 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4180 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4181 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4182 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4187 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4189 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4192 \const{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4193 blocco implicito predefinito.\\
4194 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4195 dover gestire da solo il locking dello
4197 \const{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4198 modalità di blocco dello
4202 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4203 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4204 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4207 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4208 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4209 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4210 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4212 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4218 %%% Local Variables:
4220 %%% TeX-master: "gapil"
4223 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4224 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4225 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4226 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4227 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4228 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4229 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4230 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4231 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4232 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4233 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4234 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4235 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4236 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4237 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4238 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4239 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4240 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4241 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4242 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4243 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4244 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4245 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4246 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4247 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4248 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4249 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4250 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4251 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4252 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4253 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4254 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4255 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4256 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4257 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4258 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4259 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4260 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4261 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4262 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4263 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4264 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4265 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4266 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4267 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4268 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE
4270 %%% Local Variables:
4272 %%% TeX-master: "gapil"
projects / gapil.git / blob