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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}
446 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
447 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
448 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
449 bloccato nelle risposte all'attacco.}
451 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
452 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
453 flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
454 \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
455 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
456 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
457 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
458 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
459 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
460 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
461 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
462 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
463 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
464 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
465 file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
466 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
467 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
468 lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
470 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
471 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
472 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
473 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
474 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
475 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
476 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
477 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
478 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
479 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
480 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
485 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
487 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
490 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
491 \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
492 sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
493 sulla sua coda, per cui quanto si scrive
494 viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
495 NFS questa funzionalità non è supportata
496 e viene emulata, per questo possono verificarsi
497 \itindex{race~condition} \textit{race
498 condition} con una sovrapposizione dei dati se
499 più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
500 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
501 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
502 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
503 tutte le volte che il file è pronto per le
504 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
505 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
506 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
507 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
508 in fase di apertura del file, deve
509 invece essere attivato successivamente con
511 \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
512 \textit{close-on-exec} (vedi
513 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
514 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
515 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
516 \itindex{race~condition} \textit{race condition}
517 che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
518 fra l'apertura del file e l'impostazione della
519 suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
520 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
521 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
522 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
523 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
524 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
525 utilizzabile soltanto se si è definita la
526 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
527 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
528 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
529 molti filesystem questa funzionalità non è
530 disponibile per il singolo file ma come opzione
531 generale da specificare in fase di
532 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
533 utilizzabile soltanto se si è definita la
534 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
535 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
536 le operazioni di I/O (vedi
537 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
538 il fallimento delle successive operazioni di
539 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
540 per la loro esecuzione immediata, invece del
541 blocco delle stesse in attesa di una successiva
542 possibilità di esecuzione come avviene
543 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
544 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
545 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
546 una \func{ioctl} (vedi
547 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
548 \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
549 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
550 una \func{read} con un valore nullo e non con un
551 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
552 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
553 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
554 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
555 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
556 scrittura si bloccherà fino alla conferma
557 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
558 sull'hardware sottostante (in questo significato
559 solo dal kernel 2.6.33).\\
560 \const{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
561 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
562 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
563 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
564 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
567 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
569 \label{tab:open_operation_flag}
572 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
573 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
574 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
575 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
576 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
577 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
578 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
579 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
580 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
581 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
582 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
583 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
585 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
586 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
587 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
588 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
589 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
590 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
591 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
592 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
593 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
594 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
596 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
597 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
598 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
599 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
600 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
601 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
602 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
603 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
604 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
607 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
608 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
609 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
610 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
611 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
612 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
613 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
614 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
615 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
616 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
618 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
619 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
620 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
621 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
622 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
623 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
624 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
625 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
627 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
628 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
629 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
630 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
632 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
633 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
634 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
635 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
636 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
637 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
638 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
639 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
640 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
641 sincronizzazione non sia completata.
643 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
644 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
645 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
646 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
647 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
648 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
649 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
650 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
651 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
652 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
653 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
655 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
656 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
658 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
659 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
660 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
661 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
662 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
666 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
667 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
670 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
671 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
675 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
676 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
677 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
680 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
681 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
682 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
683 disponibile; il suo prototipo è:
687 \fdecl{int close(int fd)}
688 \fdesc{Chiude un file.}
691 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
692 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
694 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
695 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
697 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
700 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
701 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
702 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
703 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
704 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
705 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
706 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
707 su disco quest'ultimo viene cancellato.
709 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
710 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
711 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
712 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
713 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
714 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
715 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
716 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
717 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
718 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
719 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
721 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
722 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
723 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
724 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
725 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
726 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
727 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
728 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
729 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
732 \subsection{La gestione della posizione nel file}
733 \label{sec:file_lseek}
735 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
736 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
737 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
738 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
739 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
740 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
742 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
743 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
744 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
745 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
750 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
751 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
754 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
755 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
757 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
758 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
759 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
762 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
765 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
766 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
767 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
768 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
769 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
770 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
771 \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
772 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
773 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
774 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
775 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
776 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
781 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
783 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
786 \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
787 deve essere positivo, di \param{offset} indica
788 direttamente la nuova posizione corrente.\\
789 \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
790 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
791 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
793 \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
794 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
795 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
798 \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
799 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
800 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
802 \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
803 \textit{hole} nel file che segue o inizia
804 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
805 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
806 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
807 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
810 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
811 \label{tab:lseek_whence_values}
815 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
816 % http://lwn.net/Articles/439623/
818 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
819 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
820 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
821 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
822 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
823 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
825 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
826 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
827 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
828 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
829 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
830 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
831 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
832 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
833 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
835 \itindbeg{sparse~file}
837 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
838 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
839 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
840 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
841 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
842 file. Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
843 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
844 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
845 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
846 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
848 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
849 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
850 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
851 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
852 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
853 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
854 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
855 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
856 quella parte del file.
858 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
859 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
860 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
861 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
862 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
863 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
864 effettivamente allocati per il file.
866 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
867 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
868 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
869 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
870 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
871 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
872 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
873 sez.~\ref{sec:file_stat}.
875 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
876 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
877 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
878 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
879 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
880 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
881 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
882 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
883 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
886 \itindend{sparse~file}
888 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
889 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
890 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
891 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
892 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
893 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
894 file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
895 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
896 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
897 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
898 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
899 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
902 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
903 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
904 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
905 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
906 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
907 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
908 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
909 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
910 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
914 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
915 \label{sec:file_read}
917 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
918 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
923 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
924 \fdesc{Legge i dati da un file.}
927 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
928 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
930 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
931 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
932 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
933 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
934 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
935 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
936 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
938 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
939 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
941 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
942 significato generico.}
945 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
946 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
947 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
948 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
949 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
950 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
951 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
952 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
954 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
955 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
956 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
957 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
958 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
959 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
960 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
961 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
962 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
964 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
965 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
966 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
967 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
968 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
969 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
970 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
971 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
973 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
974 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
975 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
976 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
977 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
978 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
979 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
981 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
982 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
983 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
984 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
985 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
986 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
987 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
988 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
989 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
990 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
991 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
992 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
993 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
994 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
995 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
997 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
998 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
999 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1000 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1001 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1002 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1003 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1004 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1005 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1006 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1010 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1011 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1014 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1015 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1016 \func{read} e \func{lseek}.}
1019 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1020 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1021 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1022 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1023 modificare la posizione corrente.
1025 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1026 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1027 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1028 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1029 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1030 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1032 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1033 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1034 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1036 #define _XOPEN_SOURCE 500
1038 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1039 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1043 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1044 \label{sec:file_write}
1046 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1047 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1052 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1053 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1056 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1057 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1059 \item[\errcode{EAGAIN}] ci siq sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1060 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1061 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1062 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1063 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1064 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1065 potuto scrivere qualsiasi dato.
1066 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1067 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1068 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1069 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1070 \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1071 funzione ritorna questo errore.
1073 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1074 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1078 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1079 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1080 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1081 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1082 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1083 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1084 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1085 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1087 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1088 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1089 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1090 stesso comportamento di \func{read}.
1092 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1093 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1094 nel file, il suo prototipo è:
1098 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1099 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1102 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1103 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1104 \func{write} e \func{lseek}.}
1107 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1110 \section{Caratteristiche avanzate}
1111 \label{sec:file_adv_func}
1113 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1114 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1115 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1116 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1117 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1120 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1121 \label{sec:file_shared_access}
1123 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1124 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1125 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1126 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1127 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1130 \begin{figure}[!htb]
1132 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1133 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1135 \label{fig:file_mult_acc}
1138 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1139 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1140 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1141 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1142 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1143 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1144 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1146 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1147 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1148 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1149 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1150 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1153 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1154 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1155 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1156 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1157 della struttura \kstruct{inode}.
1158 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1159 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1160 prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1161 \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1162 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1163 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1164 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1165 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1166 dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1169 \begin{figure}[!htb]
1171 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1172 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1173 \label{fig:file_acc_child}
1176 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1177 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1178 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1179 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1180 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1181 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1182 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1183 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1185 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1186 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1187 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1188 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1189 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1190 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1191 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1192 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1193 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1194 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1195 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1196 figlio che occorre tenere presente.
1198 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1199 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1200 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1201 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1202 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1203 table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1204 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1205 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1206 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1207 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1208 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1210 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1211 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1212 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1213 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1214 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1215 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1216 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1217 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1219 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1220 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1221 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1222 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1223 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1224 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1225 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1226 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1227 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1229 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1230 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1231 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1232 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1233 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1234 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1235 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1236 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1237 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1238 del secondo processo.
1240 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1241 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1242 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1243 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1244 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1245 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1246 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1247 effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene
1248 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1249 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1252 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1253 \label{sec:file_dup}
1255 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1256 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1257 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1258 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1263 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1264 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1267 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1268 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1270 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1271 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1277 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1278 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1279 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1280 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1281 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1282 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1283 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1284 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1285 da cui il nome della funzione.
1287 \begin{figure}[!htb]
1288 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1289 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1290 \label{fig:file_dup}
1293 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1294 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1295 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1296 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1297 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1298 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1299 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento.
1301 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1302 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1303 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1304 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1305 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1306 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1307 restituito come copia.
1309 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1310 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1311 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1312 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1313 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1314 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe).
1316 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1317 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1318 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1319 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1320 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1321 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1322 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1323 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1324 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1325 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1326 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1328 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1329 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1330 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1331 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1332 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1333 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1334 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1338 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1339 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1342 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1343 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1345 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1346 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1347 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1348 \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1349 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1350 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1356 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1357 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1358 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1359 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1360 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1361 e si limita a restituire \param{newfd}.
1363 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1364 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1365 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1366 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1367 condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1368 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1369 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1370 descriptor diverso da quello voluto.
1372 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1373 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1374 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1375 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1376 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1377 condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1378 indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1379 descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1380 standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1381 \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1382 condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1383 ritentare l'operazione.
1385 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1386 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1387 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1388 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1389 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1390 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1391 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1392 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1393 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1394 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1395 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1397 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1398 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1399 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1400 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1401 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1405 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1406 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1409 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1410 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1411 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1412 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1416 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1417 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1418 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1419 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1420 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1424 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1425 \label{sec:file_sync}
1427 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1428 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1429 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1430 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1433 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1434 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1435 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1436 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1437 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1438 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1442 \fdecl{void sync(void)}
1443 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1446 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1449 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1450 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1451 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1452 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1453 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1454 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1455 scrittura effettiva.
1457 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1458 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1459 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1460 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1461 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1462 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1463 comportamento può essere controllato attraverso il file
1464 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1465 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1466 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1467 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1468 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1469 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1470 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1472 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1473 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1474 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1479 \fdecl{int fsync(int fd)}
1480 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1481 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1482 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1485 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1486 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1488 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1489 che non supporta la sincronizzazione.
1491 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO} e \errval{EROFS} nel loro
1492 significato generico.}
1495 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1496 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1497 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1498 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1499 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1500 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1501 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1502 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1503 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1504 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei temi di ultima
1505 modifica ed ultimo accesso.
1507 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1508 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1509 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1510 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1511 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1512 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1513 automatica delle voci delle directory.}
1515 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1516 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1517 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1518 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1519 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1522 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1523 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1524 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1525 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1526 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1531 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1532 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1536 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1537 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1539 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1544 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1545 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1546 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1549 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1550 \label{sec:file_openat}
1552 \itindbeg{at-functions}
1554 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1555 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1556 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1557 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1558 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1559 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1560 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1561 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1562 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1563 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1565 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1566 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1567 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1568 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1569 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1570 directory di lavoro.
1572 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1573 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1574 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1575 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1576 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1577 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1578 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1579 proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1580 corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1581 dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1582 pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1583 filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1584 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1585 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1586 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris i vari BSD, fino ad
1587 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1588 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1589 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1591 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1592 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1593 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1594 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1595 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1596 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1597 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1599 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1600 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1601 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1602 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1603 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1604 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1605 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1608 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1609 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1610 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1611 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1612 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1616 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1617 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1618 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1622 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1623 \func{open}, ed in più:
1625 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1626 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1627 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1632 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1633 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1634 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1635 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1636 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1637 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1638 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1639 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1640 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1641 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1642 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1643 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1645 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1646 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1647 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1648 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1649 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1650 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1651 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1652 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1657 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1659 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1662 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1663 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1664 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1665 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1666 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1667 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1668 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1669 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1670 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1671 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1672 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1673 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1674 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1675 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1678 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1679 corrispettive funzioni classiche.}
1680 \label{tab:file_atfunc_corr}
1683 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1684 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1686 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1687 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1688 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1689 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1690 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1691 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1692 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1693 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1694 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1697 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1698 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1700 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1701 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1702 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1703 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1704 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1705 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1706 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1707 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1708 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1710 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1711 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1712 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1717 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1719 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1722 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1723 \func{chown}, ed in più:
1725 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1726 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1727 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1728 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1733 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1734 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1735 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1736 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1737 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1740 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1741 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1742 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1743 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1747 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1748 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1751 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1752 \func{access}, ed in più:
1754 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1755 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1756 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1757 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1762 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1763 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1764 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1765 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1766 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1767 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1768 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1772 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1773 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1774 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1775 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1779 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1780 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1783 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1784 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1787 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1788 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1789 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1790 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1795 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1796 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1797 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1798 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1799 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1800 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1801 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1802 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1803 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1805 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1806 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1807 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1808 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1809 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1810 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1811 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1812 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1815 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1816 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1817 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1818 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1819 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1820 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1825 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1827 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1830 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1831 dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1832 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1833 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1834 (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1835 \const{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1836 il controllo dei permessi sia fatto usando
1837 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1839 \const{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1840 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1841 invece che come \func{unlink}.\\
1844 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1845 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1846 \label{tab:at-functions_constant_values}
1850 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1851 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1852 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1853 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1854 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1855 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1856 precisione fino al nanosecondo.
1858 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1860 \itindend{at-functions}
1862 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1863 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1864 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1867 \subsection{Le operazioni di controllo}
1868 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1870 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1871 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1872 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1873 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1874 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1876 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1877 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1878 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1879 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1880 il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1881 sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1886 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1887 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1888 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1889 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1890 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1893 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1894 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1895 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1896 l'unico valido in generale è:
1898 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1903 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1904 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1905 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1906 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1907 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1908 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1909 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1910 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1912 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1913 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1914 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1915 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1916 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1917 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1918 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1919 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1920 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1921 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1922 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1923 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1924 descrittori consentito.
1926 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1927 in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1928 file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1929 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1930 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1931 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1932 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1934 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1935 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1936 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1937 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1938 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1939 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1940 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1941 nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1943 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1944 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1945 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1946 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1947 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1948 \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1949 vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1950 3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1951 file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1953 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1954 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1955 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1956 comando permette di rileggere il valore di quei bit
1957 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1958 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1959 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1960 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1961 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1962 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1963 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1964 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
1966 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1967 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1968 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1969 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1970 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1971 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1972 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1973 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1974 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1975 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1976 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1978 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1979 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1980 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1981 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1982 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1983 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1985 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1986 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
1987 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
1988 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
1989 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1991 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1992 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
1993 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1994 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
1995 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1997 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
1998 processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
1999 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
2000 \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2001 \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2002 descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2003 urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2004 in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2005 errori diversi da \errval{EBADF}.
2007 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2008 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2009 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2010 \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2011 problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2012 compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2013 viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2014 dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2015 (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2016 \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2017 di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2018 mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2019 \var{errno}, cambiato di segno.
2021 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2022 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2023 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2024 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2025 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2026 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2027 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2028 non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2029 \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2030 generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2031 comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2032 della \acr{glibc} e del kernel.
2034 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2035 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2036 group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2037 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2038 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2039 possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2040 \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2042 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2043 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2044 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2045 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2046 per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2047 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2048 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2050 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2051 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2052 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2053 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2054 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2055 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2056 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2057 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2058 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2059 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2060 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2061 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2062 interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2063 \itindex{process~group} \textit{process group}.
2065 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2066 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2067 \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2068 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2069 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2070 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2071 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2072 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2074 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2075 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2076 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2077 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2078 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2079 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2080 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2081 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2083 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2084 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2085 del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2086 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2087 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2088 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2089 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2090 un tipo di identificatore valido.
2092 \begin{figure}[!htb]
2093 \footnotesize \centering
2094 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2095 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2098 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2099 \label{fig:f_owner_ex}
2102 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2103 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2104 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2105 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2106 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2107 \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2108 \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2109 che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2110 \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2111 \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2112 \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2113 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2114 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2115 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2117 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2118 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2119 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2120 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2121 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2122 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2123 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2124 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2125 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2127 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2128 asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2129 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2130 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2131 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2132 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2133 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2134 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2135 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2136 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2138 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2139 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2140 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2141 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2142 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2143 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2144 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2145 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2146 accumulati in una coda prima della notifica.
2148 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2149 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2150 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2151 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il comando è
2152 specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2153 \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2154 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2156 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2157 di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2158 descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2159 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2160 \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2161 valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2162 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2163 sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2164 il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2165 amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2166 \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2168 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2169 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2170 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2171 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2172 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2173 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2174 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2176 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2177 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2178 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2179 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2180 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2181 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2182 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2183 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2184 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2186 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2187 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2188 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2189 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2190 restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2191 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2192 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2194 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2195 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2196 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2197 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2198 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2199 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2200 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2201 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2202 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2203 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2204 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2205 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2206 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2207 precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2208 \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2209 superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}. Il comando è
2210 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2211 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2215 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2216 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2217 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2218 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2219 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2220 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2221 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2222 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2223 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2225 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2226 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2227 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2228 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2229 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2230 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2231 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2232 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2235 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2236 % \label{sec:file_ioctl}
2238 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2239 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2240 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2241 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2242 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2243 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2244 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2245 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2247 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2248 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2249 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2253 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2254 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2257 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2258 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2259 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2262 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2264 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2265 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2266 riferimento \param{fd}.
2268 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2272 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2273 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2274 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2275 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2276 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2277 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2278 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2279 omesso, e per altre è un semplice intero.
2281 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2282 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2283 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2284 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2285 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2287 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2288 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2289 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2291 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2292 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2293 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2294 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2295 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2296 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2298 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2299 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2300 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2301 successivi (come ext3).}
2304 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2305 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2306 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2307 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2308 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2309 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2310 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2311 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2312 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2313 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2314 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2315 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2316 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2317 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2318 imprevedibili o indesiderati.
2320 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2321 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2322 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2323 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2324 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2325 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2326 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2328 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2329 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2330 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2331 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2332 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2333 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2334 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2335 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2336 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2337 eventuale valore viene ignorato.
2338 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2339 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2340 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2341 eventuale valore viene ignorato.
2342 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2343 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2344 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2345 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2347 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2348 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2349 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2350 disabilita, un valore non nullo abilita).
2351 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2352 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2353 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2354 valore specifica il PID del processo.
2355 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2356 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2357 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2358 scritto il PID del processo.
2359 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2360 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2361 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2362 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}); il
2363 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2364 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2365 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2366 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2367 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2368 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2371 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2372 % http://lwn.net/Articles/429345/
2374 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2375 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2376 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2377 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2378 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2379 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2380 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2381 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2382 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2383 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2384 due funzioni sono rimaste.
2386 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2387 % (bassa/bassissima priorità)
2388 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2393 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2394 \label{sec:files_std_interface}
2397 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2398 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2399 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2401 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2402 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria,
2403 queste, insieme alle altre funzioni definite dallo standard (queste funzioni
2404 sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono
2405 rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo delle
2406 \acr{glibc} per la gestione dei file.
2409 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2410 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2411 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2412 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2415 \subsection{I \textit{file stream}}
2416 \label{sec:file_stream}
2418 \itindbeg{file~stream}
2420 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2421 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2422 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2424 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2425 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2426 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2427 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2428 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2429 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2430 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2432 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2433 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2434 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2435 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2436 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2437 all'ottenimento della massima efficienza.
2439 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2440 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2441 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2442 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2443 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2444 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2446 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2447 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione, che le formattazioni,
2448 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2449 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2450 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2451 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2454 \itindend{file~stream}
2456 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2457 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2458 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2459 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2460 indicatori di stato e di fine del file.
2462 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2463 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2464 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2465 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2466 sinonimo di \textit{stream}. Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2467 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2468 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2470 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2471 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2472 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2473 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2474 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2476 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2477 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2478 cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2479 in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2480 prende i caratteri dalla tastiera.
2481 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2482 output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2483 ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2484 all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2485 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2486 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2487 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2488 terminale e scrive sullo schermo.
2491 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2492 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2493 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2494 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2495 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2496 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2497 usare la funzione \func{freopen}.
2500 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2501 \label{sec:file_buffering}
2503 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2504 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2505 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2506 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2507 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2508 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2511 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2512 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2513 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2514 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2515 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2516 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2517 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2518 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2519 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2520 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2521 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2523 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2524 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2525 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2526 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2527 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2528 input/output sul terminale.
2530 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2531 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2532 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2534 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2535 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2536 (effettuando immediatamente una \func{write});
2537 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2538 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2539 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2540 quando si preme invio);
2541 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2542 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2545 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2546 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2547 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2548 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2549 modalità \textit{fully buffered}.
2551 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2552 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2553 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2554 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2555 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2556 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2557 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2559 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2560 input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2561 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2562 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2563 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2565 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2566 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2567 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2568 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2569 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2570 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2571 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2573 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2574 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2575 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2576 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2577 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2578 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2579 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2580 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2584 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2585 \label{sec:file_fopen}
2587 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2588 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2589 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2590 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2594 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2595 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2596 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2597 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2598 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2599 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2602 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2603 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2604 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2605 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2606 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2607 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2611 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2612 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2613 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2614 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2615 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2617 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2618 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2619 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2620 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2621 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2623 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2624 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2625 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2626 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2627 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2632 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2634 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2637 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2638 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2640 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2641 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2644 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2645 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2646 scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2648 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2649 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2650 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2653 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2654 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2655 posto in sola scrittura.\\
2656 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2657 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2658 posto in lettura e scrittura.\\
2660 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2661 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2664 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2665 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2666 \label{tab:file_fopen_mode}
2669 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2670 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2671 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2672 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2673 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2674 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2675 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2676 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2678 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2679 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2680 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2681 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2682 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2683 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2685 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2686 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2687 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2688 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2689 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2691 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2692 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2693 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2694 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2695 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2696 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2697 chiusura dello \textit{stream}.
2699 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2700 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2702 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2703 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2704 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2705 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2706 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2707 alcuna operazione di I/O sul file.
2709 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2710 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2711 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2712 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2713 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2714 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2716 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2717 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2718 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2719 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2720 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2721 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2722 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2724 Una volta completate le operazioni su di esso \textit{stream} può essere
2725 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2729 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2730 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2733 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2734 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2735 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2736 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2737 \func{write} o \func{fflush}).
2741 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2742 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2743 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2744 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2745 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2746 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2747 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2749 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2750 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2751 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2755 \fdecl{int fcloseall(void)}
2756 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2759 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2760 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2763 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2764 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2765 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2766 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2767 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2768 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2771 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2774 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2775 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2776 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2777 input/output non formattato:
2779 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2780 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2781 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2782 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2783 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2784 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2785 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2786 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2787 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2789 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2790 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2792 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2793 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2794 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2796 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2797 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2798 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2799 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2800 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2801 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte
2802 funzioni un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le
2803 \acr{glibc} usano il valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere
2806 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2807 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2808 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore
2809 impostato dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato
2812 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2813 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo;
2814 basarsi solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2815 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2816 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2817 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2819 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2820 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2821 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2822 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2823 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2824 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2828 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2829 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2830 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2831 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2834 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2835 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2838 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2839 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2840 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2841 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2843 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2844 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2848 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2849 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2853 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
2856 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2857 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2858 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2859 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2860 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2861 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2862 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2864 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2865 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2866 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2867 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2868 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2869 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2870 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2871 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2874 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2875 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2876 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2877 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2878 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2879 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2880 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2881 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2882 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2883 l'offset rispetto al record corrente.
2885 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2886 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2887 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2888 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2889 rispettivi prototipi sono:
2893 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2894 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
2895 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2896 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
2899 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2900 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2901 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2904 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2905 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2906 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2907 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2908 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
2909 successo e -1 in caso di errore.
2911 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2912 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2913 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2914 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2916 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2917 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2921 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
2922 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
2925 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2926 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2929 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2932 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2933 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2934 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2935 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2936 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2937 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2941 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2942 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
2943 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2944 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
2947 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2948 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2951 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2952 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2953 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2954 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2955 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2956 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2957 sistemi più moderni.
2959 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2963 \subsection{Input/output binario}
2964 \label{sec:file_binary_io}
2966 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2967 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2968 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2969 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2970 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2971 i rispettivi prototipi sono:
2975 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2976 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2977 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2979 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2982 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2983 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2987 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2988 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2989 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2990 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2991 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
2993 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
2994 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
2995 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
2996 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
2997 si avrà allora una chiamata tipo:
2998 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
2999 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3002 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3003 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3004 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3005 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3007 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3008 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3009 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3010 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3011 corrispondente alla quantità di dati letti).
3013 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3014 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3015 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3016 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3017 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3020 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3021 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3022 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3023 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3024 stesso programma che li ha prodotti.
3026 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3027 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3028 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3029 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3030 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3031 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3032 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3033 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3035 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3036 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3037 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3038 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3039 eventuali differenze.
3041 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3042 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3043 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3044 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3045 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3049 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3050 nmemb, FILE *stream)}
3051 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3052 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3053 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3054 implicito sullo stesso.}
3057 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3061 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3064 \subsection{Input/output a caratteri}
3065 \label{sec:file_char_io}
3067 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3068 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3069 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3070 rispettivi prototipi sono:
3074 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3075 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3076 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3077 \fdecl{int getchar(void)}
3078 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.}
3081 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3082 errore o se si arriva alla fine del file.}
3085 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3086 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3087 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3088 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3091 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3092 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3093 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3094 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3095 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3096 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3097 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3098 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3100 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3101 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3102 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3103 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3104 precedenza nel tipo di argomento).
3106 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3107 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3108 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3109 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3111 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3112 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3113 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3114 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3120 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3121 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3122 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3123 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3124 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3128 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3129 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3132 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3133 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3134 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3135 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3137 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3138 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3139 loro prototipi sono:
3143 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3144 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3145 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3146 \fdecl{int putchar(int c)}
3147 \fdesc{Scrive un byte sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3151 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3152 \val{EOF} per un errore.}
3155 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3156 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3157 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3158 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3159 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3160 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3161 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3162 ritorno è \val{EOF}.
3164 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3165 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3166 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3167 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3168 il lock implicito dello \textit{stream}.
3170 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3171 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3172 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3176 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3177 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3178 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3179 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3182 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3183 \val{EOF} per un errore.}
3186 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3187 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3188 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3189 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3191 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3192 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3193 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3194 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3195 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3198 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3199 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3200 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3201 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3205 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3206 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3209 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3213 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3214 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3215 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3216 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3217 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3218 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3220 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3221 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3222 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3223 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3224 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3225 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3227 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3228 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3229 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3231 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3232 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3233 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3234 rimandati indietro vengono scartati.
3237 \subsection{Input/output di linea}
3238 \label{sec:file_line_io}
3240 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3241 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3242 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3243 caratteristiche più controverse.
3245 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3246 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3251 \fdecl{char *gets(char *string)}
3252 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3253 \textit{standard input}.}
3254 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3255 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3258 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3259 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3262 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3263 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3264 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3265 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3266 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3267 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3268 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3269 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3270 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3271 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3273 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3274 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3275 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3276 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3277 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3278 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3279 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3280 molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3282 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3283 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3284 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3285 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3286 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3287 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3288 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3289 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3291 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3292 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3293 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3294 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3295 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3296 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3297 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3298 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3301 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3302 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3303 rispettivi prototipi sono:
3307 \fdecl{int puts(char *string)}
3308 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \itindex{standard~output}
3309 \textit{standard output}.}
3310 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3311 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3314 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3318 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3319 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3320 output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3321 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3322 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3323 messaggi sullo \itindex{standard~output} standard output; la funzione prende
3324 una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il ritorno a
3325 capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di specificare un
3326 file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge il
3327 \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3329 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3330 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3331 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3332 loro prototipi sono:
3336 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3337 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3338 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3339 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3342 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3343 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3348 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3349 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3350 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3351 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3352 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3353 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3354 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3356 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3357 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3358 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3359 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3360 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3361 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3362 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3364 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3365 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3366 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3367 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3368 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3369 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3370 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3371 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3372 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3373 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3375 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3376 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3377 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3378 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3379 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3380 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3381 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3385 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3386 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3389 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3390 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3393 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3394 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3395 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3396 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3399 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3400 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3401 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3402 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3403 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3404 dimensioni del buffer suddetto.
3406 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3407 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3408 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3409 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3410 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3411 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3412 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3414 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3415 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3416 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3417 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3419 \includecodesnip{listati/getline.c}
3420 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3421 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3424 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3425 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3426 terminazione). Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3427 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3428 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3429 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3432 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3433 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3434 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3435 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3439 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3440 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3444 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3448 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3449 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3450 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3451 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3456 \subsection{Input/output formattato}
3457 \label{sec:file_formatted_io}
3459 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3460 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3461 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3462 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3464 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3465 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3466 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3470 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3471 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3472 \textit{standard output}.}
3473 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3474 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3475 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3476 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3479 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3480 valore negativo per un errore.}
3484 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3485 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3486 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3488 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3489 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3490 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3491 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3492 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3493 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3494 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3495 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3499 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3500 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3503 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3507 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3508 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3509 non possa essere sovrascritto.
3514 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3516 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3519 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3521 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3522 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3523 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3524 decimale senza segno.\\
3526 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3527 rispettivamente con lettere minuscole e
3529 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3530 notazione a virgola fissa.\\
3532 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3533 notazione esponenziale, rispettivamente con
3534 lettere minuscole e maiuscole.\\
3536 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3537 notazione più appropriate delle due precedenti,
3538 rispettivamente con lettere minuscole e
3541 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3542 notazione esadecimale frazionaria.\\
3543 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3544 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3545 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3546 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3547 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3550 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3551 stringa di formato di \func{printf}.}
3552 \label{tab:file_format_spec}
3555 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3556 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3557 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3558 si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic}
3559 \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende
3560 appunto da quello che si è specificato in \param{format}.
3562 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3563 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati all'output, e da direttive di
3564 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3565 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3566 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3568 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3569 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3570 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3572 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3574 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3575 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3576 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3577 specificati in questo ordine:
3579 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3581 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3582 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3584 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3585 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3586 (un altro numero decimale),
3587 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3588 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3594 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3596 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3599 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3600 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3601 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3602 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3604 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3607 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3608 \label{tab:file_format_flag}
3611 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3612 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3613 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3618 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3620 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3623 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3624 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3626 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3627 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3628 è di tipo \ctyp{short}.\\
3629 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3630 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3631 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3632 sono in formato esteso.\\
3633 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3634 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3635 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3636 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3638 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3639 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o
3640 \type{uintmax\_t}.\\
3641 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o
3643 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3646 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3647 \label{tab:file_format_type}
3650 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3651 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3652 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3653 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3657 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3658 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3659 \textit{standard output}.}
3660 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3661 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un \textit{stream}.}
3662 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3663 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3666 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3667 valore negativo per un errore.}
3670 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3671 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3672 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3673 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3674 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3675 l'esecuzione della funzione l'argomento
3676 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3677 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3679 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3680 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3681 scritti sulla stringa di destinazione:
3685 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3686 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3689 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3693 \noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer
3697 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3698 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3699 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3700 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3705 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3706 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3707 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3710 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3715 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3716 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3717 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3718 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3719 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3720 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3721 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3724 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3726 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3727 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3728 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3729 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3730 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3731 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3733 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3734 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3735 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3736 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3740 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3741 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \itindex{standard~input}
3742 \textit{standard input}.}
3743 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3744 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3745 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3746 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3749 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3750 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3753 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3754 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3755 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3756 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3757 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3758 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3759 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3760 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3761 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3764 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3765 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3766 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3769 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3770 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3771 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3772 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3773 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3774 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3775 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3776 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3777 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3778 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3781 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3782 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3783 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3784 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3785 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3786 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3788 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3789 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3790 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3791 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3792 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3793 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3794 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3795 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3796 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3797 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3798 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3799 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3800 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3801 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3802 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3806 \section{Funzioni avanzate}
3807 \label{sec:file_stream_adv_func}
3809 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3810 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3811 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3812 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3813 programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3816 \subsection{Le funzioni di controllo}
3817 \label{sec:file_stream_cntrl}
3819 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3820 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3821 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3822 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3823 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3827 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3828 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3831 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3832 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3833 se \param{stream} non è valido.}
3836 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3837 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3838 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3839 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. Le
3840 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3841 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3843 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3844 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3845 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3846 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3847 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3848 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3849 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3853 \fhead{stdio\_ext.h}
3854 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3855 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3856 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3857 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3860 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3861 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3864 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3866 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3867 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3868 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3869 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3872 \fhead{stdio\_ext.h}
3873 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3874 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3875 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3876 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3879 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3880 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3883 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3884 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3885 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3886 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3889 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3890 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3891 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3892 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3893 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3894 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3897 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3898 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3900 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3901 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3902 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3903 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3904 vengono allocati automaticamente.
3906 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3907 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3908 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3913 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3914 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3917 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3918 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3921 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3922 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3923 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3924 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3925 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3926 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3927 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3932 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3934 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3937 \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3938 \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3939 \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3942 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3943 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3944 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3947 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3948 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3949 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3950 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3951 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3952 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3953 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste
3954 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale
3955 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3958 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3959 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3960 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3961 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3962 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3963 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3964 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3965 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3967 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3968 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3969 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3970 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3971 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3972 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3973 vengono sempre ignorati.
3975 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3976 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3977 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3981 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3982 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3983 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3984 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3985 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3988 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
3992 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
3993 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
3994 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
3995 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
3996 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
3997 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
3998 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
3999 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4000 portabilità su vecchi sistemi.
4002 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
4003 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4004 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4008 \fhead{stdio\_ext.h}
4009 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4010 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4011 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4012 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4015 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4016 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4017 sono previste condizioni di errore.}
4020 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4021 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4022 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4026 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4027 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4030 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4031 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4032 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4036 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4037 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4038 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello stream.
4040 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4042 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4043 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4044 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4045 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4046 line buffered. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una estensione di
4047 Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4051 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4052 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4053 modalità \textit{line buffered}.}
4056 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4059 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4060 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4061 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4062 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4064 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4065 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4069 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4070 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4073 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4076 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4077 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4078 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4081 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4082 \label{sec:file_stream_thread}
4086 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4087 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4088 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4089 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4090 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4093 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4094 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4095 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4096 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4097 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4098 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4099 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4101 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4102 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4103 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4104 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4105 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4106 \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4110 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4111 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4112 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4113 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4115 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4118 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4119 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4120 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4121 precedentemente acquisito.
4123 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4124 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4128 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4129 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4132 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4133 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4136 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4137 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4138 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4139 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4140 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4141 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4143 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4144 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4145 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4146 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4147 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4148 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4149 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4150 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4153 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4154 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4155 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4156 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4157 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4158 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4162 \fhead{stdio\_ext.h}
4163 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4164 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4167 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4168 previste condizioni di errore.}
4171 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4172 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4173 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4174 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4179 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4181 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4184 \const{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4185 blocco implicito predefinito.\\
4186 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4187 dover gestire da solo il locking dello
4189 \const{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4190 modalità di blocco dello
4194 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4195 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4196 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4199 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4200 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4201 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4202 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4204 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4210 %%% Local Variables:
4212 %%% TeX-master: "gapil"
4215 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4216 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4217 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4218 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4219 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4220 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4221 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4222 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4223 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4224 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4225 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4226 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4227 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4228 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4229 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4230 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4231 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4232 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4233 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4234 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4235 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4236 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4237 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4238 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4239 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4240 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4241 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4242 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4243 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4244 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4245 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4246 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4247 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4248 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4249 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4250 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4251 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4252 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4253 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4254 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4255 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4256 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4257 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4258 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4259 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4260 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE
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