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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 una tabella di puntatori alla relativa voce nella \itindex{file~table}
130 \textit{file table} per ciascun file aperto.
133 In questa infrastruttura un \textit{file descriptor} non è altro che l'intero
134 positivo che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il
135 puntatore alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal
136 processo a cui era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie
137 al \textit{file descriptor} la struttura \kstruct{file} corrispondente al file
138 voluto nella \itindex{file~table} \textit{file table}, il kernel potrà usare
139 le funzioni messe disposizione dal VFS per eseguire sul file tutte le
140 operazioni necessarie.
142 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
143 \textit{file descriptor} libero nella tabella, e per questo motivo essi
144 vengono assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file,
145 posto che non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
147 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
148 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
149 detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \textit{file descriptor} i
150 valori 0, 1 e 2. Il primo file è sempre associato al cosiddetto
151 \itindex{standard~input} \textit{standard input}, è cioè il file da cui un
152 processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo file è il
153 cosiddetto \itindex{standard~output} \textit{standard output}, cioè quello su
154 cui ci si aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo
155 \itindex{standard~error} \textit{standard error}, su cui vengono scritti i
156 dati relativi agli errori.
158 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
159 delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
160 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
161 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
162 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
163 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
164 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
169 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
171 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
174 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
175 \itindex{standard~input} \textit{standard
177 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello
178 \itindex{standard~output} \textit{standard
180 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
184 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
185 \label{tab:file_std_files}
188 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
189 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
190 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
191 la situazione di un programma in cui lo \itindex{standard~input}
192 \textit{standard input} è associato ad un file mentre lo
193 \itindex{standard~output} \textit{standard output} e lo
194 \itindex{standard~error} \textit{standard error} sono associati ad un altro
195 file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture \kstruct{file} nella
196 \itindex{file~table} \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
197 riferimento allo stesso \itindex{inode} \textit{inode}, dato che il file che è
198 stato aperto lo stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre
199 più volte lo stesso file.
201 Si ritrova quindi anche con le voci della \itindex{file~table} \textit{file
202 table} una situazione analoga di quella delle voci di una directory, con la
203 possibilità di avere più voci che fanno riferimento allo stesso
204 \itindex{inode} \textit{inode}. L'analogia è in realtà molto stretta perché
205 quando si cancella un file, il kernel verifica anche che non resti nessun
206 riferimento in una una qualunque voce della \itindex{file~table} \textit{file
207 table} prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il
208 relativo \itindex{inode} \textit{inode}.
210 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
211 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
212 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
213 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
214 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
215 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
216 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
220 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
221 \label{sec:file_open_close}
223 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
224 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
225 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
226 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
227 nella \itindex{file~table} \textit{file table} e crea il riferimento nella
228 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
234 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
235 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
237 \fdesc{Apre un file.}
240 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
241 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
243 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
244 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
245 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
246 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
247 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
248 l'accesso in scrittura o in lettura/scrittura.
249 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto (lo
250 standard richiederebbe \errval{EOVERFLOW}).
251 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
252 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
253 \param{pathname} è un collegamento simbolico.
254 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
255 dispositivo che non esiste.
256 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
257 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente.
258 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
259 \param{pathname} non è una directory.
260 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
261 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
262 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
264 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
265 amministratori né proprietari del file.
266 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
267 di un programma in esecuzione.
268 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
269 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
271 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
272 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
273 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
276 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
277 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
278 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
279 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
280 essergli assegnati. I valori possibili sono gli stessi già visti in
281 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
282 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
283 comunque filtrati dal valore della \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
284 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
286 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
287 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
288 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
289 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
290 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo
291 \itindex{standard~input} \textit{standard input} e si apre subito dopo un
292 nuovo file questo diventerà il nuovo \itindex{standard~input} \textit{standard
293 input} dato che avrà il file descriptor 0.
295 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
296 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
297 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
298 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
299 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
300 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
301 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
302 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
303 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
305 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
306 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
307 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
308 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
309 cosiddetti \textsl{flag di stato} del file (i cosiddetti
310 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}), che vengono mantenuti
311 nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che abbiamo riportato
312 anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
314 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
315 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
316 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
317 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
318 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
319 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
321 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
322 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
323 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
324 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
325 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
326 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
331 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
333 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
336 \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
337 \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
338 \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
341 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
342 nell'apertura di un file.}
343 \label{tab:open_access_mode_flag}
346 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
347 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
348 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
349 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
350 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
351 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
352 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
353 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
354 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
355 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
356 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
357 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
358 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
360 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
361 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei
362 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto
363 con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore
364 può essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria
365 \const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono
366 definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e
367 \const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di
368 definizioni completamente fuori standard, attinenti, insieme a
369 \const{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, ad
370 un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti
371 alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.}
373 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
374 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
375 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
376 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
377 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
378 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
379 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
380 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
381 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
382 \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere
383 riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
388 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
390 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
393 \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
394 di titolarità del file viste in
395 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
396 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
397 essere sempre specificato.\\
398 \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
399 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
400 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
401 serve ad evitare dei possibili
402 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
403 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
404 viene chiamata su una fifo o su un dispositivo
405 associato ad una unità a nastri. Non viene
406 usato al di fuori dell'implementazione di
407 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
408 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
409 \const{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
410 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
411 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
412 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
413 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
414 \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
415 l'apertura di file molto grandi, la cui
416 dimensione non è rappresentabile con la versione a
417 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
418 l'interfaccia alternativa abilitata con la
419 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
420 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
421 sempre preferibile usare la conversione automatica
422 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
423 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
425 \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
426 di terminale, questo non diventerà il terminale di
427 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
428 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
429 \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
430 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
431 aggiunta in Linux a partire dal kernel
432 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
433 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
434 \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
435 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
436 una fifo viene ignorato, negli altri casi il
437 comportamento non è specificato.\\
440 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
442 \label{tab:open_time_flag}
445 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
446 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
447 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
448 bloccato nelle risposte all'attacco.}
450 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
451 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
452 flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e
453 \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
454 sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
455 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
456 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
457 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
458 cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi
459 sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è
460 supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni
461 precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del
462 file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe
463 dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un
464 file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura con
465 \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
466 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di
467 lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
469 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
470 indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre
471 specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga
472 presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in
473 seguito potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene
474 aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
475 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
476 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
477 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
478 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
479 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
484 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
486 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
489 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
490 \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi
491 sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta
492 sulla sua coda, per cui quanto si scrive
493 viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con
494 NFS questa funzionalità non è supportata
495 e viene emulata, per questo possono verificarsi
496 \itindex{race~condition} \textit{race
497 condition} con una sovrapposizione dei dati se
498 più di un processo scrive allo stesso tempo.\\
499 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
500 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
501 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
502 tutte le volte che il file è pronto per le
503 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
504 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
505 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo. Per
506 un bug dell'implementazione non è opportuno usarlo
507 in fase di apertura del file, deve
508 invece essere attivato successivamente con
510 \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec}
511 \textit{close-on-exec} (vedi
512 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
513 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
514 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
515 \itindex{race~condition} \textit{race condition}
516 che si potrebbe verificare con i \textit{thread}
517 fra l'apertura del file e l'impostazione della
518 suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi
519 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
520 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
521 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
522 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
523 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
524 utilizzabile soltanto se si è definita la
525 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
526 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
527 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
528 molti filesystem questa funzionalità non è
529 disponibile per il singolo file ma come opzione
530 generale da specificare in fase di
531 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
532 utilizzabile soltanto se si è definita la
533 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
534 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
535 le operazioni di I/O (vedi
536 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
537 il fallimento delle successive operazioni di
538 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
539 per la loro esecuzione immediata, invece del
540 blocco delle stesse in attesa di una successiva
541 possibilità di esecuzione come avviene
542 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
543 fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando
544 si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire
545 una \func{ioctl} (vedi
546 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
547 \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
548 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
549 una \func{read} con un valore nullo e non con un
550 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
551 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
552 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
553 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
554 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
555 scrittura si bloccherà fino alla conferma
556 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
557 sull'hardware sottostante (in questo significato
558 solo dal kernel 2.6.33).\\
559 \const{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
560 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
561 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
562 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
563 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
566 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
568 \label{tab:open_operation_flag}
571 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
572 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
573 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
574 eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene
575 mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo
576 \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della
577 \textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file
578 status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open},
579 ma possono venire riletti in un secondo tempo con \func{fcntl}, inoltre alcuni
580 di essi possono anche essere modificati tramite questa funzione, con
581 conseguente effetto sulle caratteristiche operative che controllano (torneremo
582 sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
584 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per per compatibilità con BSD, si può indicare
585 anche con la costante \const{FASYNC}) è definito come possibile valore per
586 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
587 ancora presente nella pagina di manuale almeno fino al Settembre 2011.} non
588 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
589 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
590 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
591 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
592 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
593 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
595 Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
596 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
597 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
598 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
599 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
600 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
601 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
602 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
603 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
606 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
607 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
608 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
609 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
610 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
611 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
612 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
613 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
614 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
615 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
617 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
618 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
619 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
620 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
621 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
622 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
623 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere è opportuno se si usa
624 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
626 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
627 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
628 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
629 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
631 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
632 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
633 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
634 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
635 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
636 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
637 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
638 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
639 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
640 sincronizzazione non sia completata.
642 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
643 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
644 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
645 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
646 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
647 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
648 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
649 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
650 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
651 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
652 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
654 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
655 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
657 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
658 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
659 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
660 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
661 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
665 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
666 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
669 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
670 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
674 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
675 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
676 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
679 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
680 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
681 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
682 disponibile; il suo prototipo è:
686 \fdecl{int close(int fd)}
687 \fdesc{Chiude un file.}
690 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
691 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
693 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
694 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
696 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
699 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
700 eventuale blocco (il \textit{file locking} \itindex{file~locking} è trattato
701 in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
702 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
703 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
704 tutte le risorse nella \itindex{file~table} \textit{file table} vengono
705 rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file
706 su disco quest'ultimo viene cancellato.
708 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
709 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
710 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
711 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
712 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \textit{write-behind}, per cui
713 una \func{write} può avere successo anche se i dati non sono stati
714 effettivamente scritti su disco. In questo caso un eventuale errore di I/O
715 avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre verrebbe riportato alla
716 chiusura esplicita del file. Per questo motivo non effettuare il controllo può
717 portare ad una perdita di dati inavvertita.\footnote{in Linux questo
718 comportamento è stato osservato con NFS e le quote su disco.}
720 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
721 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
722 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
723 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
724 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
725 comportamento dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
726 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva
727 l'abitudine di alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo
728 prima di eseguire lo shutdown di una macchina.
731 \subsection{La gestione della posizione nel file}
732 \label{sec:file_lseek}
734 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
735 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
736 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
737 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
738 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
739 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
741 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode} di
742 \textit{append} con \const{O\_APPEND}, questa posizione viene impostata a zero
743 all'apertura del file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la
744 funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
749 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
750 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
753 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
754 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
756 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
757 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
758 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
761 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
764 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
765 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
766 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
767 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
768 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
769 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e
770 \const{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
771 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
772 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
773 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
774 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
775 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
780 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
782 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
785 \const{SEEK\_SET} & Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
786 deve essere positivo, di \param{offset} indica
787 direttamente la nuova posizione corrente.\\
788 \const{SEEK\_CUR} & Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
789 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
790 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
792 \const{SEEK\_END} & Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
793 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
794 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
797 \const{SEEK\_DATA}& Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
798 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
799 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
801 \const{SEEK\_HOLE}& Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
802 \textit{hole} nel file che segue o inizia
803 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
804 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
805 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
806 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
809 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
810 \label{tab:lseek_whence_values}
814 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
815 % http://lwn.net/Articles/439623/
817 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
818 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
819 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
820 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
821 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
822 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
824 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
825 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
826 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
827 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
828 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
829 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
830 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni
831 \index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano
832 un errore ma restituiscono un valore indefinito.
834 \itindbeg{sparse~file}
836 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
837 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
838 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
839 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato
840 \index{file!\textit{hole}} ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel
841 file. Il nome deriva dal fatto che nonostante la dimensione del file sia
842 cresciuta in seguito alla scrittura effettuata, lo spazio vuoto fra la
843 precedente fine del file ed la nuova parte scritta dopo lo spostamento non
844 corrisponde ad una allocazione effettiva di spazio su disco, che sarebbe
845 inutile dato che quella zona è effettivamente vuota.
847 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
848 sistema unix-like e si dice che il file in questione è uno \textit{sparse
849 file}. In sostanza, se si ricorda la struttura di un filesystem illustrata
850 in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che accade è che \itindex{inode}
851 nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un blocco di dati
852 a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla per le posizioni
853 intermedie; in caso di lettura sequenziale del contenuto del file il kernel si
854 accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri come contenuto di
855 quella parte del file.
857 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
858 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
859 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
860 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
861 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
862 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
863 effettivamente allocati per il file.
865 Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file
866 è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco
867 effettivamente allocato, e viene registrata \itindex{inode}
868 sull'\textit{inode} come le altre proprietà del file. La dimensione viene
869 aggiornata automaticamente quando si estende un file scrivendoci, e viene
870 riportata dal campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si
871 effettua la chiamata ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in
872 sez.~\ref{sec:file_stat}.
874 Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente,
875 la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di
876 spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si
877 sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello
878 accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione
879 di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza si modifica il valore
880 della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo
881 consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza
882 dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe
885 \itindend{sparse~file}
887 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
888 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
889 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
890 riconoscere la presenza di \index{file!\textit{hole}} \textit{hole}
891 all'interno dei file ad uso di quelle applicazioni (come i programmi di
892 backup) che possono salvare spazio disco nella copia degli \textit{sparse
893 file}. Una applicazione può così determinare la presenza di un
894 \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio
895 del file e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
896 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
897 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
898 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
901 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
902 \index{file!\textit{hole}} buco in un file è lasciata all'implementazione del
903 filesystem, dato che esistono vari motivi per cui una sezione di un file può
904 non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può essere stata
905 preallocata con \func{fallocate}, vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) oltre a
906 quelle classiche appena esposte. Questo significa che l'uso di questi nuovi
907 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
908 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
909 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
913 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
914 \label{sec:file_read}
916 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
917 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
922 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
923 \fdesc{Legge i dati da un file.}
926 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
927 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
929 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
930 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
931 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
932 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
933 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
934 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
935 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
937 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
938 essendo in background (vedi sez.~\ref{sec:term_io_design}).
940 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
941 significato generico.}
944 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
945 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}. Dopo la lettura
946 la posizione sul file è spostata automaticamente in avanti del numero di byte
947 letti. Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza nessun altro
948 risultato. Inoltre che non è detto che la funzione \func{read} restituisca il
949 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
950 può restituire un numero di byte inferiore: questo è un comportamento normale,
951 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
953 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
954 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
955 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
956 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
957 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
958 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
959 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
960 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
961 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
963 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
964 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
965 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
966 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
967 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
968 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
969 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
970 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
972 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
973 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
974 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
975 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
976 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
977 applicano inoltre ulteriori condizioni che approfondiremo in
978 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
980 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
981 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
982 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
983 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
984 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
985 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
986 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
987 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
988 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
989 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
990 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
991 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
992 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
993 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
994 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
996 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
997 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
998 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
999 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle
1000 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1001 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1002 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1003 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1004 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1005 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1009 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1010 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1013 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1014 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1015 \func{read} e \func{lseek}.}
1018 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1019 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1020 una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di
1021 ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
1022 modificare la posizione corrente.
1024 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
1025 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
1026 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1027 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1028 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}). Il valore di
1029 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
1031 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1032 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1033 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
1035 #define _XOPEN_SOURCE 500
1037 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
1038 dichiarazioni \headfile{unistd.h}.
1042 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1043 \label{sec:file_write}
1045 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1046 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1051 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1052 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1055 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1056 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1058 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1059 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1060 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1061 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1062 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1063 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1064 potuto scrivere qualsiasi dato.
1065 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1066 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1067 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
1068 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
1069 \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
1070 funzione ritorna questo errore.
1072 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR},
1073 \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1077 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1078 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1079 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1080 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1081 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1082 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1083 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1084 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1086 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1087 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1088 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1089 stesso comportamento di \func{read}.
1091 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
1092 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
1093 nel file, il suo prototipo è:
1097 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1098 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1101 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1102 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1103 \func{write} e \func{lseek}.}
1106 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
1109 \section{Caratteristiche avanzate}
1110 \label{sec:file_adv_func}
1112 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1113 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1114 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1115 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1116 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1119 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1120 \label{sec:file_shared_access}
1122 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1123 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1124 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1125 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1126 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1129 \begin{figure}[!htb]
1131 \includegraphics[width=12cm]{img/filemultacc}
1132 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1134 \label{fig:file_mult_acc}
1137 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
1138 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1139 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1140 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1141 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1142 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
1143 stesso \itindex{inode} \textit{inode} su disco.
1145 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1146 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1147 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
1148 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
1149 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
1152 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1153 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1154 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1155 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1156 della struttura \kstruct{inode}.
1157 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
1158 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
1159 prima impostata alla dimensione corrente del file letta dalla struttura
1160 \kstruct{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
1161 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1162 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \itindex{file~table}
1163 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
1164 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
1165 dimensione corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1168 \begin{figure}[!htb]
1170 \includegraphics[width=12cm]{img/fileshar}
1171 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1172 \label{fig:file_acc_child}
1175 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1176 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}.
1177 Questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
1178 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
1179 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
1180 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
1181 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
1182 \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1184 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre, in
1185 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1186 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1187 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella
1188 \itindex{file~table} \textit{file table}, condividendo così la posizione
1189 corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
1190 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura o lettura da parte di uno dei
1191 due processi, la posizione corrente nel file varierà per entrambi, in quanto
1192 verrà modificato il campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è
1193 la stessa per entrambi. Questo consente una sorta di
1194 ``\textsl{sincronizzazione}'' automatica della posizione sul file fra padre e
1195 figlio che occorre tenere presente.
1197 Si noti inoltre che in questo caso anche i \itindex{file~status~flag} flag di
1198 stato del file, essendo mantenuti nella struttura \kstruct{file} della
1199 \textit{file table}, vengono condivisi, per cui una modifica degli stessi con
1200 \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti
1201 processi che condividono la voce nella \itindex{file~table} \textit{file
1202 table}. Ai file però sono associati anche altri flag, dei quali l'unico
1203 usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC}, detti \itindex{file~descriptor~flags}
1204 \textit{file descriptor flags}; questi invece sono mantenuti in
1205 \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per ciascun processo e non
1206 vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione
1207 della stessa voce della \itindex{file~table} \textit{file table}.
1209 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1210 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1211 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1212 restrizione dell'accesso impliciti se più processi vogliono accedere allo
1213 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1214 sempre fatte da ogni processo in maniera autonoma, utilizzando una posizione
1215 corrente nel file che normalmente (a meno di non trovarsi nella situazione di
1216 fig.~\ref{fig:file_acc_child}) è locale a ciascuno di essi.
1218 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1219 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1220 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1221 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1222 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1223 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1224 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1225 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \itindex{file~locking}
1226 \textit{file locking}, che esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1228 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1229 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1230 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1231 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
1232 \textit{race condition}l infatti può succedere che un secondo processo scriva
1233 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo caso, come
1234 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo, che avrà la
1235 posizione corrente che aveva impostato con la \func{lseek} che non corrisponde
1236 più alla fine del file, e la sua successiva \func{write} sovrascriverà i dati
1237 del secondo processo.
1239 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1240 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1241 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1242 risolto introducendo la modalità di scrittura \itindex{append~mode} in
1243 \textit{append}, attivabile con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso
1244 infatti, come abbiamo illustrato in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il
1245 kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di
1246 effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene
1247 all'interno di una singola \textit{system call}, la \func{write}, che non
1248 essendo interrompibile da un altro processo realizza un'operazione atomica.
1251 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1252 \label{sec:file_dup}
1254 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1255 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1256 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
1257 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione di sistema \funcd{dup},
1262 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1263 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1266 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1267 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1269 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1270 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1276 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1277 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1278 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1279 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1280 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1281 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1282 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1283 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1284 da cui il nome della funzione.
1286 \begin{figure}[!htb]
1287 \centering \includegraphics[width=12cm]{img/filedup}
1288 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1289 \label{fig:file_dup}
1292 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1293 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}),
1294 \itindex{file~status~flag} i flag di stato, e la posizione corrente sul
1295 file. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la posizione su
1296 uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche sull'altro, dato
1297 che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce della
1298 \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento.
1300 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1301 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1302 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1303 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec}
1304 \itindex{close-on-exec} attivo (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1305 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà cancellato nel file descriptor
1306 restituito come copia.
1308 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1309 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1310 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1311 pipe) allo \itindex{standard~input} \textit{standard input} o allo
1312 \itindex{standard~output} \textit{standard output} (vedremo un esempio in
1313 sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le pipe).
1315 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1316 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1317 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1318 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1319 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1320 una fifo o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un file
1321 descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso un'altra
1322 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1323 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1324 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1325 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1327 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1328 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1329 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1330 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1331 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1332 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1333 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1337 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1338 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1341 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1342 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1344 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1345 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1346 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una
1347 \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1348 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1349 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1355 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1356 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1357 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1358 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1359 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1360 e si limita a restituire \param{newfd}.
1362 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1363 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1364 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1365 atomica e consente di evitare una \itindex{race~condition} \textit{race
1366 condition} in cui dopo la chiusura del file si potrebbe avere la ricezione
1367 di un segnale il cui gestore (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe
1368 a sua volta aprire un file, per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file
1369 descriptor diverso da quello voluto.
1371 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1372 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1373 possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} interna in
1374 cui si cerca di duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il
1375 quale non sono state completate le operazioni di apertura.\footnote{la
1376 condizione è abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo
1377 indicato, quanto piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file
1378 descriptor non ancora aperti, la condizione di errore non è prevista dallo
1379 standard, ma in condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di
1380 \errval{EBADF}, mentre OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race
1381 condition} al costo di una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre
1382 ritentare l'operazione.
1384 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1385 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1386 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1387 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1388 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1389 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1390 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1391 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1392 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1393 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1394 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1396 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1397 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1398 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1399 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1400 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1404 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1405 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1408 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1409 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1410 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1411 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1415 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1416 flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} sul nuovo
1417 file descriptor specificando \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico
1418 flag usabile in questo caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile
1419 coincidenza fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di
1423 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1424 \label{sec:file_sync}
1426 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1427 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1428 in maniera asincrona, ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del
1429 disco, in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della
1432 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione dei dati il sistema
1433 mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo scarico dei
1434 dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di sistema è
1435 \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo usato a
1436 partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza la
1437 funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1441 \fdecl{void sync(void)}
1442 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1445 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1448 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1449 operazioni, ritornando immediatamente, con Linux fin dal kernel 1.3.20 invece
1450 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1451 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1452 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1453 suo meccanismo interno di bufferizzazione che può ritardare ulteriormente la
1454 scrittura effettiva.
1456 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1457 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1458 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1459 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1460 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1461 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel il cui
1462 comportamento può essere controllato attraverso il file
1463 \sysctlfile{vm/bdflush}.\footnote{per il significato dei valori che si possono
1464 scrivere in questo file si consulti la documentazione allegata ai sorgenti
1465 del kernel nel file \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di
1466 argomenti di natura sistemistica non li prenderemo in esame.} Si tenga
1467 presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo veniva usata
1468 per queste impostazioni, è deprecata e causa semplicemente la stampa di un
1469 messaggio nei log del kernel, pertanto non la prenderemo in esame.
1471 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1472 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1473 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1478 \fdecl{int fsync(int fd)}
1479 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1480 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1481 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1484 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1485 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1487 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale
1488 che non supporta la sincronizzazione.
1490 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO} nel loro
1491 significato generico.}
1494 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1495 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1496 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1497 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1498 gli altri dati contenuti \itindex{inode} nell'\textit{inode} che si leggono
1499 con \func{fstat}, come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come
1500 avviene spesso per i database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e
1501 siano rileggibili immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di
1502 \func{fdatasync} che non comporta anche l'esecuzione di operazioni non
1503 necessarie all'integrità dei dati, come l'aggiornamento dei temi di ultima
1504 modifica ed ultimo accesso.
1506 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1507 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1508 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1509 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1510 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1511 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1512 automatica delle voci delle directory.}
1514 L'uso di \func{sync} presenta in certi casi, quando ci sono più filesystem
1515 montati, problemi di prestazioni dovute al fatto che la funzione provoca la
1516 sincronizzazione dei dati su tutti quanti i filesystem, anche quando
1517 interesserebbe che questo avvenga soltanto su quello dei file su cui si sta
1518 lavorando, se i dati in attesa sono molti questo può causare seri problemi di
1521 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1522 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1523 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1524 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1525 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1530 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1531 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1535 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1536 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1538 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1543 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1544 descriptor su cui si sta operando, e lo scarico dei dati sarà limitato al
1545 filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1548 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e affini}
1549 \label{sec:file_openat}
1551 \itindbeg{at-functions}
1553 Un problema generale che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1554 come per le altre funzioni che prendono come argomenti dei
1555 \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è la possibilità,
1556 quando un \textit{pathname} relativo non fa riferimento ad un file posto
1557 direttamente nella \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro corrente,
1558 che alcuni dei componenti del \textit{pathname} vengano modificati in
1559 parallelo alla chiamata a \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità
1560 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition} in cui c'è spazio per
1561 un \itindex{symlink~attack} \textit{symlink attack} (si ricordi quanto visto
1562 per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management}).
1564 Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro
1565 corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si
1566 lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti,
1567 ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo
1568 \itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro}
1569 directory di lavoro.
1571 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1572 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1573 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1574 funzioni, dette anche ``\textit{at-functions}'' in quanto contraddistinte dal
1575 suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive
1576 altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1577 relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su
1578 proposta dello sviluppatore principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le
1579 corrispondenti \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire
1580 dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia
1581 pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del
1582 filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1583 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1584 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1585 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris i vari BSD, fino ad
1586 essere incluse in una recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard
1587 POSIX.1. Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1588 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}.
1590 L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che
1591 sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo}
1592 \textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà
1593 passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella
1594 directory come punto di partenza per la risoluzione. In questo modo, anche
1595 quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può mantenere una
1596 \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.
1598 Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition}
1599 \textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni
1600 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1601 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1602 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1603 \textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura
1604 iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa
1607 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo
1608 argomento il file descriptor della directory da usare come base per la
1609 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1610 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Se ad esempio prendiamo in
1611 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, avremo il prototipo:
1615 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1616 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1617 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di \index{directory~di~lavoro}
1621 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1622 \func{open}, ed in più:
1624 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1625 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1626 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1631 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1632 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1633 argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname}
1634 relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata
1635 da \param{dirfd}. Qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto}
1636 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1637 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la
1638 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di
1639 \index{directory~di~lavoro} lavoro corrente del processo. Si tenga presente
1640 però che questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1641 \headfile{fcntl.h}, pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque
1642 questo file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1644 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1645 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1646 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1647 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1648 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1649 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1650 \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come
1651 detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1656 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1658 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1661 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1662 \funcm{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1663 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1664 \funcm{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1665 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1666 \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\
1667 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1668 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1669 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1670 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1671 \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\
1672 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1673 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1674 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1677 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1678 corrispettive funzioni classiche.}
1679 \label{tab:file_atfunc_corr}
1682 \footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed
1683 utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.}
1685 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1686 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1687 classica. La gran parte di queste seguono la convenzione appena vista per
1688 \func{openat}, in cui agli argomenti della corrispondente funzione classica
1689 viene anteposto l'argomento \param{dirfd}, ed hanno per il resto un
1690 comportamento identico e non staremo pertanto a trattarle una per una. Per una
1691 parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1692 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1693 anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}.
1696 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
1697 % TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione
1699 Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e
1700 \funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire
1701 un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando
1702 su un collegamento simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione
1703 direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi
1704 casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento
1705 delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera
1706 binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti
1707 \texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}.
1709 Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare
1710 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown}
1711 che \func{lchown}; il suo prototipo è:
1716 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1718 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1721 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1722 \func{chown}, ed in più:
1724 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1725 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1726 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1727 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1732 In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della
1733 funzione quando la si applica ad un collegamento simbolico, e l'unico valore
1734 utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che se impostato indica alla
1735 funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale collegamento
1736 simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che
1739 Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}
1740 solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} per indicare altro
1741 rispetto alla possibilità di seguire o meno un collegamento simbolico, la
1742 prima di queste è \funcd{faccessat}, ed il suo prototipo è:
1746 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1747 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
1750 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1751 \func{access}, ed in più:
1753 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1754 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1755 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1756 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1761 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, ma
1762 l'argomento \param{flags} consente di modificarne il comportamento rispetto a
1763 quello ordinario di \func{access}. In questo caso esso può essere specificato
1764 come maschera binaria di due valori: il solito \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW},
1765 con il significato già spiegato, e \const{AT\_EACCES} per indicare alla
1766 funzione di eseguire il controllo dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo
1767 invece di quello reale (il comportamento di default, che riprende quello di
1771 La seconda eccezione è \funcd{unlinkat}, in questo caso
1772 l'argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso si può indicare
1773 alla funzione di comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1774 \func{rmdir}; il suo prototipo è:
1778 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1779 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
1782 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1783 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
1786 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1787 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1788 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo}
1789 \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1794 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1795 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
1796 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1797 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal
1798 caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora
1799 risulti vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare
1800 altri valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici) anche
1801 se \param{flags} è una maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico
1802 flag disponibile per questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
1804 Infine una terza funzione, \funcm{linkat}, utilizza in maniera diversa dalle
1805 altre l'argomento \param{flags}, anche se in questo caso l'utilizzo continua
1806 ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici. Si ricordi
1807 che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di non seguire mai i
1808 collegamenti simbolici, pertanto l'uso ordinario dell'argomento parrebbe in
1809 questo caso essere inutile. A partire dal kernel 2.6.18 invece però è stato
1810 aggiunta per questa funzione la possibilità di usare il valore
1811 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i collegamenti
1814 Dato che questo è il comportamento adottato per un valore nullo
1815 di \param{flags} da tutte le altre funzioni, \func{linkat} è l'unica per cui
1816 può essere usato esplicitamente questo valore e per la quale non ha senso
1817 usare \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}. Per avere un quadro d'insieme si è
1818 riassunto in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} l'elenco delle
1819 costanti utilizzabili per i valori di \param{flags}.
1824 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1826 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1829 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1830 dereferenziazione dei collegamenti simbolici.\\
1831 \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Se impostato la funzione esegue la
1832 dereferenziazione dei collegamenti simbolici
1833 (usato esplicitamente solo da \func{linkat}).\\
1834 \const{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1835 il controllo dei permessi sia fatto usando
1836 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1838 \const{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1839 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1840 invece che come \func{unlink}.\\
1843 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento
1844 aggiuntivo \param{flags} delle \textit{at-functions}.}
1845 \label{tab:at-functions_constant_values}
1849 Un'ultima differenza fra le \textit{at-functions} e le funzioni tradizionali
1850 di cui sono estensione è, come accennato in sez.~\ref{sec:file_temp_file},
1851 quella relativa a \funcm{utimensat} che non è propriamente una corrispondente
1852 esatta di \func{utimes} e \func{lutimes}, dato che questa funzione ha una
1853 maggiore precisione nella indicazione dei tempi dei file, per i quali come per
1854 \func{futimes}, si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una
1855 precisione fino al nanosecondo.
1857 % NOTA: manca prototipo di utimensat, per ora si lascia una menzione
1859 \itindend{at-functions}
1861 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
1862 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
1863 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
1866 \subsection{Le operazioni di controllo}
1867 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
1869 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
1870 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
1871 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
1872 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1873 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
1875 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1876 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
1877 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
1878 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
1879 il \itindex{file~locking} \textit{file locking} (vedi
1880 sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui prototipo è:
1885 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1886 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1887 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1888 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
1889 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
1892 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
1893 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
1894 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
1895 l'unico valido in generale è:
1897 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1902 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1903 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1904 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1905 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
1906 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
1907 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
1908 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
1909 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
1911 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
1912 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
1913 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
1914 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
1915 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
1916 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
1917 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1918 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
1919 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
1920 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
1921 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1922 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1923 descrittori consentito.
1925 \item[\const{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
1926 in più attiva il flag di \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} sul
1927 file descriptor duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
1928 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
1929 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
1930 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
1931 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
1933 \item[\const{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
1934 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
1935 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
1936 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
1937 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1938 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1939 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore
1940 nullo significa pertanto che il flag non è impostato.
1942 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
1943 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1944 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
1945 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
1946 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1947 \const{FD\_CLOEXEC}, tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati,
1948 vengono ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel
1949 3.2, come si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel
1950 file \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
1952 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
1953 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
1954 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
1955 comando permette di rileggere il valore di quei bit
1956 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
1957 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
1958 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
1959 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
1960 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
1961 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
1962 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
1963 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
1965 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
1966 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
1967 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
1968 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
1969 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
1970 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
1971 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
1972 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
1973 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
1974 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
1975 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
1977 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1978 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
1979 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
1980 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
1981 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
1982 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1984 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1985 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
1986 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
1987 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
1988 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1990 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1991 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
1992 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1993 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
1994 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1996 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
1997 processo o del \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
1998 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione del segnale
1999 \signal{SIGIO} (o l'eventuale segnale alternativo impostato con
2000 \const{F\_SETSIG}) per gli eventi asincroni associati al file
2001 descriptor \param{fd} e del segnale \signal{SIGURG} per la notifica dei dati
2002 urgenti di un socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$
2003 in caso di errore ed il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2004 errori diversi da \errval{EBADF}.
2006 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2007 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2008 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2009 \itindex{process~group} \textit{process group}. Con Linux questo comporta un
2010 problema perché se il valore restituito dalla \textit{system call} è
2011 compreso nell'intervallo fra $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo
2012 viene trattato dalla \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva
2013 dalle limitazioni presenti in architetture come quella dei normali PC
2014 (i386) per via delle modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle
2015 \textit{system call} che non consentono di restituire un adeguato codice
2016 di ritorno.} per cui in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$
2017 mentre il valore restituito dalla \textit{system call} verrà assegnato ad
2018 \var{errno}, cambiato di segno.
2020 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2021 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2022 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2023 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2024 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2025 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2026 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}, che
2027 non potendo avere valore unitario (non esiste infatti un
2028 \itindex{process~group} \textit{process group} per \cmd{init}) non può
2029 generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che il
2030 comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2031 della \acr{glibc} e del kernel.
2033 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2034 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
2035 group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2036 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2037 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori
2038 possibili sono \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un
2039 \itindex{process~group} \textit{process group} inesistente.
2041 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2042 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2043 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2044 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2045 per indicare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
2046 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda
2047 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
2049 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2050 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2051 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2052 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2053 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2054 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2055 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2056 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2057 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2058 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2059 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2060 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2061 interpretato come l'identificatore di un processo o di un
2062 \itindex{process~group} \textit{process group}.
2064 \item[\const{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2065 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread} o
2066 \itindex{process~group} \textit{process group} (vedi
2067 sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è preposto alla ricezione dei segnali
2068 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2069 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$
2070 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2071 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2073 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2074 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2075 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2076 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2077 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2078 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2079 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2080 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2082 \item[\const{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2083 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2084 del \itindex{process~group} \textit{process group} che riceverà i segnali
2085 \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2086 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2087 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2088 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2089 un tipo di identificatore valido.
2091 \begin{figure}[!htb]
2092 \footnotesize \centering
2093 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2094 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2097 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2098 \label{fig:f_owner_ex}
2101 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2102 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2103 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2104 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2105 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2106 \var{type} i soli valori validi sono \const{F\_OWNER\_TID},
2107 \const{F\_OWNER\_PID} e \const{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano rispettivamente
2108 che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread ID}, un
2109 \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza di
2110 \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà sia
2111 \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2112 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2113 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2114 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2116 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2117 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2118 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2119 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2120 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2121 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2122 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2123 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2124 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2126 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di I/O
2127 asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2128 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2129 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2130 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2131 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2132 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2133 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2134 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2135 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2137 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2138 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2139 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2140 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2141 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2142 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2143 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2144 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2145 accumulati in una coda prima della notifica.
2147 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease}
2148 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
2149 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2150 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il comando è
2151 specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro
2152 \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
2153 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2155 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2156 di \param{arg} un \itindex{file~lease} \textit{file lease} sul file
2157 descriptor \var{fd} a seconda del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un
2158 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a
2159 \errval{EBADF} si otterrà \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non
2160 valido per \param{arg} (deve essere usato uno dei valori di
2161 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}), \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria
2162 sufficiente per creare il \textit{file lease}, \errcode{EACCES} se non si è
2163 il proprietario del file e non si hanno i privilegi di
2164 amministratore.\footnote{per la precisione occorre la capacità
2165 \itindex{capabilities} \const{CAP\_LEASE}.}
2167 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2168 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2169 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2170 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2171 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2172 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2173 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2175 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2176 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2177 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2178 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2179 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2180 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2181 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2182 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2183 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2185 \item[\const{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2186 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2187 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2188 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2189 restituito anche se il file descriptor non è una pipe. Il comando è
2190 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2191 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2193 \item[\const{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2194 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2195 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2196 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2197 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2198 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2199 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2200 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2201 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2202 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2203 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2204 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2205 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{{per la
2206 precisione occorre la capacità \itindex{capabilities}
2207 \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.}} non possono impostare un valore valore
2208 superiore a quello indicato da \sysctlfile{fs/pipe-size-max}. Il comando è
2209 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2210 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2214 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2215 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2216 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2217 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2218 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2219 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2220 \itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
2221 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
2222 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2224 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (\const{F\_DUPFD}, \const{F\_GETFD},
2225 \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL}, \const{F\_GETLK},
2226 \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4 e 4.3BSD e
2227 standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2228 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2229 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2230 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2231 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2234 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2235 % \label{sec:file_ioctl}
2237 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2238 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2239 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2240 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2241 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2242 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2243 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2244 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2246 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2247 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2248 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2252 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2253 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2256 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2257 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2258 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2261 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2262 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2263 riferimento \param{fd}.
2264 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2267 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2271 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2272 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2273 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2274 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2275 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2276 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2277 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2278 omesso, e per altre è un semplice intero.
2280 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2281 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2282 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2283 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2284 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2286 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2287 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2288 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2290 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2291 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2292 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2293 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2294 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2295 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2297 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2298 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2299 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2300 successivi (come ext3).}
2303 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2304 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2305 file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2306 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2307 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2308 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2309 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2310 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2311 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2312 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2313 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2314 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2315 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2316 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2317 imprevedibili o indesiderati.
2319 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2320 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2321 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2322 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2323 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2324 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2325 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2327 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2328 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2329 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2330 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2331 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2332 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2333 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
2334 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2335 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2336 eventuale valore viene ignorato.
2337 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
2338 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
2339 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
2340 eventuale valore viene ignorato.
2341 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2342 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2343 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2344 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2346 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2347 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2348 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2349 disabilita, un valore non nullo abilita).
2350 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2351 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2352 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2353 valore specifica il PID del processo.
2354 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2355 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2356 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2357 scritto il PID del processo.
2358 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2359 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2360 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2361 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}); il
2362 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2363 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2364 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2365 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2366 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2367 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2370 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2371 % http://lwn.net/Articles/429345/
2373 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2374 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2375 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2376 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2377 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2378 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2379 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2380 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2381 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2382 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2383 due funzioni sono rimaste.
2385 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2386 % (bassa/bassissima priorità)
2387 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2392 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2393 \label{sec:files_std_interface}
2396 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2397 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2398 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2400 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2401 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria,
2402 queste, insieme alle altre funzioni definite dallo standard (queste funzioni
2403 sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono
2404 rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo delle
2405 \acr{glibc} per la gestione dei file.
2408 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2409 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2410 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2411 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2414 \subsection{I \textit{file stream}}
2415 \label{sec:file_stream}
2417 \itindbeg{file~stream}
2419 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2420 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2421 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2423 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2424 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2425 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2426 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2427 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2428 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2429 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2431 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2432 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2433 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2434 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2435 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2436 all'ottenimento della massima efficienza.
2438 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2439 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2440 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2441 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2442 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2443 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2445 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2446 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione, che le formattazioni,
2447 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2448 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2449 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2450 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2453 \itindend{file~stream}
2455 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2456 è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2457 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2458 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2459 indicatori di stato e di fine del file.
2461 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2462 queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma
2463 usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria
2464 stessa, tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato
2465 sinonimo di \textit{stream}. Tutte le funzioni della libreria che operano sui
2466 file accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa
2467 accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}.
2469 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2470 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2471 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2472 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2473 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2475 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2476 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2477 cioè il \textit{file stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati
2478 in ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2479 prende i caratteri dalla tastiera.
2480 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \itindex{standard~output} \textit{standard
2481 output} cioè il \textit{file stream} su cui il processo invia
2482 ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato dalla shell
2483 all'output del terminale e scrive sullo schermo.
2484 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2485 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2486 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2487 terminale e scrive sullo schermo.
2490 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2491 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2492 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2493 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2494 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2495 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2496 usare la funzione \func{freopen}.
2499 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2500 \label{sec:file_buffering}
2502 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2503 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2504 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2505 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2506 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
2507 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
2510 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
2511 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
2512 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
2513 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
2514 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
2515 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
2516 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
2517 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
2518 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
2519 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
2520 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
2522 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
2523 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
2524 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
2525 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
2526 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
2527 input/output sul terminale.
2529 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
2530 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
2531 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
2533 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
2534 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
2535 (effettuando immediatamente una \func{write});
2536 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
2537 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
2538 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
2539 quando si preme invio);
2540 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
2541 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
2544 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \itindex{standard~output}
2545 \textit{standard output} e lo \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2546 siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno riferimento
2547 ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai aperto in
2548 modalità \textit{fully buffered}.
2550 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
2551 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
2552 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
2553 rapidamente possibile, e che \itindex{standard~input} \textit{standard input}
2554 e \itindex{standard~output} \textit{standard output} siano aperti in modalità
2555 \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro
2556 dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
2558 Il comportamento specificato per \itindex{standard~input} \textit{standard
2559 input} e \itindex{standard~output} \textit{standard output} vale anche per
2560 tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque
2561 avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità
2562 più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto.
2564 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
2565 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
2566 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
2567 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
2568 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
2569 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
2570 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
2572 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
2573 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
2574 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
2575 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
2576 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
2577 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
2578 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
2579 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
2583 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
2584 \label{sec:file_fopen}
2586 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
2587 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
2588 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
2589 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
2593 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
2594 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
2595 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
2596 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
2597 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
2598 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
2601 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
2602 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
2603 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
2604 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
2605 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
2606 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
2610 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
2611 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
2612 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
2613 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
2614 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
2616 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
2617 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
2618 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
2619 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
2620 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
2622 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
2623 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
2624 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
2625 usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono
2626 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
2631 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2633 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
2636 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
2637 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2639 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
2640 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2643 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2644 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
2645 scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del
2647 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
2648 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
2649 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
2652 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2653 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2654 posto in sola scrittura.\\
2655 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
2656 \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene
2657 posto in lettura e scrittura.\\
2659 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
2660 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
2663 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
2664 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
2665 \label{tab:file_fopen_mode}
2668 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
2669 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
2670 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
2671 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
2672 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
2673 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
2674 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
2675 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
2677 Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre
2678 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
2679 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
2680 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
2681 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
2682 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
2684 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
2685 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
2686 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
2687 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
2688 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
2690 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
2691 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
2692 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
2693 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
2694 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
2695 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
2696 chiusura dello \textit{stream}.
2698 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
2699 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
2701 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
2702 \val{0666}) modificato secondo il valore della \itindex{umask} \textit{umask}
2703 per il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta
2704 aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si
2705 veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato
2706 alcuna operazione di I/O sul file.
2708 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
2709 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
2710 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
2711 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
2712 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
2713 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
2715 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
2716 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
2717 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
2718 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
2719 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
2720 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
2721 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
2723 Una volta completate le operazioni su di esso \textit{stream} può essere
2724 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
2728 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
2729 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
2732 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2733 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
2734 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
2735 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
2736 \func{write} o \func{fflush}).
2740 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
2741 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
2742 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
2743 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
2744 buffer in \textit{user space} usati dalle \acr{glibc}; se si vuole essere
2745 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
2746 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
2748 Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
2749 GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito
2750 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
2754 \fdecl{int fcloseall(void)}
2755 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
2758 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
2759 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
2762 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
2763 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
2764 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
2765 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
2766 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
2767 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
2770 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
2773 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
2774 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
2775 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di
2776 input/output non formattato:
2778 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
2779 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
2780 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
2781 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
2782 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
2783 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
2784 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
2785 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
2786 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
2788 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
2789 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
2791 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
2792 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
2793 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
2795 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
2796 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
2797 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
2798 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
2799 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
2800 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte
2801 funzioni un valore positivo indica la quantità di dati scritti, le
2802 \acr{glibc} usano il valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere
2805 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
2806 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
2807 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore
2808 impostato dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato
2811 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
2812 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo;
2813 basarsi solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
2814 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
2815 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
2816 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
2818 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
2819 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
2820 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
2821 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
2822 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
2823 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
2827 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
2828 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
2829 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
2830 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
2833 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
2834 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
2837 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
2838 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
2839 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
2840 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
2842 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
2843 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
2847 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
2848 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
2852 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
2855 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
2856 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
2857 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
2858 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
2859 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
2860 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
2861 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
2863 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
2864 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
2865 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
2866 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che
2867 fare con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che
2868 in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i
2869 \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (ad esempio i terminali), non
2870 è scontato che questo sia vero in generale, pur essendolo sempre nel caso di
2873 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
2874 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
2875 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
2876 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
2877 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
2878 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
2879 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
2880 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
2881 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
2882 l'offset rispetto al record corrente.
2884 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
2885 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
2886 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
2887 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
2888 rispettivi prototipi sono:
2892 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
2893 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
2894 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
2895 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
2898 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
2899 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
2900 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
2903 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
2904 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
2905 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
2906 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
2907 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
2908 successo e -1 in caso di errore.
2910 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
2911 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
2912 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
2913 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
2915 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
2916 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
2920 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
2921 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
2924 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
2925 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2928 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
2931 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
2932 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
2933 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
2934 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
2935 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
2936 \type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
2940 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2941 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
2942 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
2943 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
2946 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2947 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
2950 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
2951 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
2952 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
2953 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
2954 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
2955 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
2956 sistemi più moderni.
2958 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
2962 \subsection{Input/output binario}
2963 \label{sec:file_binary_io}
2965 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
2966 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
2967 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
2968 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
2969 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
2970 i rispettivi prototipi sono:
2974 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
2975 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
2976 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
2978 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
2981 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
2982 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
2986 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
2987 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
2988 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
2989 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
2990 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
2992 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
2993 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
2994 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
2995 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
2996 si avrà allora una chiamata tipo:
2997 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
2998 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3001 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3002 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3003 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3004 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3006 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3007 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3008 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3009 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3010 corrispondente alla quantità di dati letti).
3012 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3013 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3014 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3015 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3016 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3019 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3020 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3021 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3022 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3023 stesso programma che li ha prodotti.
3025 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3026 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3027 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3028 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3029 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3030 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3031 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3032 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3034 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3035 le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che
3036 permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni
3037 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle
3038 eventuali differenze.
3040 Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario,
3041 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock
3042 implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle
3043 applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda
3044 sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono:
3048 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3049 nmemb, FILE *stream)}
3050 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3051 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3052 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3053 implicito sullo stesso.}
3056 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3060 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3063 \subsection{Input/output a caratteri}
3064 \label{sec:file_char_io}
3066 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3067 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3068 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3069 rispettivi prototipi sono:
3073 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3074 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3075 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3076 \fdecl{int getchar(void)}
3077 \fdesc{Legge un byte dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input}.}
3080 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3081 errore o se si arriva alla fine del file.}
3084 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3085 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3086 \itindex{side~effects} \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato
3087 essere sempre una funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a
3090 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3091 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3092 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3093 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3094 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3095 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3096 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3097 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3099 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3100 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3101 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3102 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3103 precedenza nel tipo di argomento).
3105 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3106 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3107 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3108 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3110 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3111 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3112 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3113 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3119 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3120 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3121 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3122 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3123 \fdesc{Legge un carattere dallo \itindex{standard~input} \textit{standard
3127 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3128 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3131 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3132 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3133 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3134 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3136 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3137 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3138 loro prototipi sono:
3142 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3143 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3144 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3145 \fdecl{int putchar(int c)}
3146 \fdesc{Scrive un byte sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3150 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3151 \val{EOF} per un errore.}
3154 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3155 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3156 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3157 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3158 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3159 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3160 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3161 ritorno è \val{EOF}.
3163 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc}
3164 provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3165 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3166 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3167 il lock implicito dello \textit{stream}.
3169 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3170 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3171 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3175 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3176 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3177 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3178 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3181 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3182 \val{EOF} per un errore.}
3185 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3186 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3187 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3188 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3190 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3191 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3192 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3193 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3194 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3197 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3198 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3199 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3200 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3204 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3205 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3208 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3212 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3213 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3214 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3215 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3216 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3217 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3219 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3220 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3221 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3222 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3223 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3224 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3226 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3227 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3228 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3230 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3231 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3232 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3233 rimandati indietro vengono scartati.
3236 \subsection{Input/output di linea}
3237 \label{sec:file_line_io}
3239 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3240 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3241 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3242 caratteristiche più controverse.
3244 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3245 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3250 \fdecl{char *gets(char *string)}
3251 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \itindex{standard~input}
3252 \textit{standard input}.}
3253 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3254 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3257 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3258 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3261 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3262 dallo \itindex{standard~input} \textit{standard input} \func{gets}, di una
3263 linea di caratteri terminata dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come
3264 detto corrisponde a quello generato dalla pressione del tasto di invio sulla
3265 tastiera. Si tratta del carattere che indica la terminazione di una riga (in
3266 sostanza del carattere di ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle
3267 stringhe di formattazione che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3268 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3269 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3270 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3272 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3273 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3274 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3275 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3276 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \itindex{buffer~overflow}
3277 \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della memoria del processo
3278 adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con
3279 molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3281 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3282 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3283 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3284 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack}
3285 (supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da
3286 far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in
3287 genere contiene uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che
3288 lancia una shell da cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3290 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3291 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3292 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3293 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3294 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3295 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3296 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3297 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3300 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3301 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3302 rispettivi prototipi sono:
3306 \fdecl{int puts(char *string)}
3307 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \itindex{standard~output}
3308 \textit{standard output}.}
3309 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3310 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3313 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3317 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3318 all'indirizzo \param{string} sullo \itindex{standard~output} \textit{standard
3319 output} mentre \func{puts} la scrive sul file indicato da \param{stream}.
3320 Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i
3321 problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere
3322 messaggi sullo \itindex{standard~output} standard output; la funzione prende
3323 una stringa terminata da uno zero ed aggiunge automaticamente il ritorno a
3324 capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la possibilità di specificare un
3325 file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge il
3326 \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3328 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3329 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3330 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3331 loro prototipi sono:
3335 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3336 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3337 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3338 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3341 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3342 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3347 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3348 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3349 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3350 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3351 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3352 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3353 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3355 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le
3356 \acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3357 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3358 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3359 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3360 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3361 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3363 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3364 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3365 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3366 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3367 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3368 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3369 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3370 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3371 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3372 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3374 Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove
3375 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3376 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3377 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3378 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3379 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3380 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3384 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3385 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3388 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3389 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3392 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3393 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3394 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3395 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3398 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3399 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3400 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3401 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3402 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3403 dimensioni del buffer suddetto.
3405 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3406 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3407 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3408 come entrambi gli argomenti siano dei \itindex{value~result~argument}
3409 \textit{value result argument}, per i quali vengono passati dei puntatori
3410 anziché i valori delle variabili, secondo quanto abbiamo descritto in
3411 sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3413 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3414 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3415 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3416 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3418 \includecodesnip{listati/getline.c}
3419 e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di
3420 liberare la memoria allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su
3423 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3424 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3425 terminazione). Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3426 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3427 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3428 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3431 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3432 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3433 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3434 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3438 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3439 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3443 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3447 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3448 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3449 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3450 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3455 \subsection{Input/output formattato}
3456 \label{sec:file_formatted_io}
3458 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3459 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3460 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3461 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3463 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3464 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3465 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3469 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3470 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3471 \textit{standard output}.}
3472 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3473 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3474 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3475 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3478 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3479 valore negativo per un errore.}
3483 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3484 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero
3485 \index{funzioni!variadic} è variabile e dipende dal formato stesso.
3487 Le prime due servono per scrivere su file (lo \itindex{standard~output}
3488 \textit{standard output} o quello specificato) la terza permette di scrivere
3489 su una stringa, in genere l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è
3490 possibile, se non si ha la sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato
3491 della stampa, eccedere le dimensioni di \param{str}, con conseguente
3492 sovrascrittura di altre variabili e possibili \itindex{buffer~overflow}
3493 \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3494 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3498 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3499 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3502 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3506 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3507 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3508 non possa essere sovrascritto.
3513 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3515 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
3518 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
3520 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
3521 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
3522 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
3523 decimale senza segno.\\
3525 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
3526 rispettivamente con lettere minuscole e
3528 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
3529 notazione a virgola fissa.\\
3531 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3532 notazione esponenziale, rispettivamente con
3533 lettere minuscole e maiuscole.\\
3535 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
3536 notazione più appropriate delle due precedenti,
3537 rispettivamente con lettere minuscole e
3540 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
3541 notazione esadecimale frazionaria.\\
3542 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
3543 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
3544 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
3545 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
3546 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
3549 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
3550 stringa di formato di \func{printf}.}
3551 \label{tab:file_format_spec}
3554 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
3555 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
3556 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
3557 si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic}
3558 \textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende
3559 appunto da quello che si è specificato in \param{format}.
3561 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
3562 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati all'output, e da direttive di
3563 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
3564 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
3565 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
3567 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
3568 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
3569 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
3571 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
3573 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
3574 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
3575 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
3576 specificati in questo ordine:
3578 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
3580 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
3581 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
3583 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
3584 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
3585 (un altro numero decimale),
3586 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
3587 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
3593 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3595 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3598 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
3599 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
3600 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
3601 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
3603 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
3606 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
3607 \label{tab:file_format_flag}
3610 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
3611 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
3612 \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}.
3617 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3619 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3622 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
3623 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
3625 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
3626 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3627 è di tipo \ctyp{short}.\\
3628 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
3629 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3630 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
3631 sono in formato esteso.\\
3632 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
3633 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
3634 è di tipo \ctyp{long long}.\\
3635 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
3637 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
3638 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o
3639 \type{uintmax\_t}.\\
3640 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o
3642 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\
3645 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
3646 \label{tab:file_format_type}
3649 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
3650 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
3651 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
3652 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
3656 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
3657 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \itindex{standard~output}
3658 \textit{standard output}.}
3659 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
3660 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un \textit{stream}.}
3661 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
3662 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3665 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3666 valore negativo per un errore.}
3669 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
3670 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
3671 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
3672 variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente
3673 trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo
3674 l'esecuzione della funzione l'argomento
3675 \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un
3676 \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
3678 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
3679 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
3680 scritti sulla stringa di destinazione:
3684 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
3685 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3688 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3692 \noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer
3696 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
3697 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
3698 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
3699 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
3704 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
3705 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
3706 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3709 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3714 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
3715 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
3716 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
3717 proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument})
3718 l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre
3719 inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando
3720 la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory
3723 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
3725 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
3726 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
3727 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
3728 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
3729 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
3730 dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}.
3732 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
3733 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
3734 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
3735 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
3739 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
3740 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \itindex{standard~input}
3741 \textit{standard input}.}
3742 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3743 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
3744 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
3745 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
3748 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
3749 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
3752 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
3753 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
3754 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
3755 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
3756 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
3757 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
3758 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
3759 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
3760 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
3763 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
3764 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
3765 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
3768 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
3769 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
3770 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
3771 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
3772 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
3773 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
3774 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
3775 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
3776 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
3777 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle
3780 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
3781 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
3782 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
3783 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
3784 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
3785 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
3787 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
3788 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
3789 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
3790 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
3791 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
3792 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
3793 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
3794 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
3795 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
3796 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
3797 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
3798 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
3799 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
3800 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
3801 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
3805 \section{Funzioni avanzate}
3806 \label{sec:file_stream_adv_func}
3808 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
3809 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
3810 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
3811 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
3812 programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}.
3815 \subsection{Le funzioni di controllo}
3816 \label{sec:file_stream_cntrl}
3818 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
3819 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
3820 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
3821 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
3822 quest'ultimo; il suo prototipo è:
3826 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
3827 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
3830 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
3831 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
3832 se \param{stream} non è valido.}
3835 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
3836 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
3837 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
3838 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. Le
3839 \acr{glibc} però supportano alcune estensioni derivate da Solaris, che
3840 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
3842 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
3843 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
3844 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
3845 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
3846 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
3847 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
3848 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
3852 \fhead{stdio\_ext.h}
3853 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
3854 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
3855 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
3856 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
3859 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3860 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3863 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
3865 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
3866 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
3867 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
3868 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
3871 \fhead{stdio\_ext.h}
3872 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
3873 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
3874 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
3875 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
3878 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
3879 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
3882 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
3883 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
3884 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
3885 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
3888 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
3889 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
3890 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
3891 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
3892 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
3893 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
3896 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
3897 \label{sec:file_buffering_ctrl}
3899 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
3900 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
3901 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
3902 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
3903 vengono allocati automaticamente.
3905 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
3906 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
3907 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
3912 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
3913 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
3916 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
3917 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
3920 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
3921 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
3922 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
3923 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
3924 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
3925 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
3926 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
3931 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3933 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
3936 \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
3937 \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
3938 \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
3941 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
3942 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
3943 \label{tab:file_stream_buf_mode}
3946 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
3947 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
3948 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
3949 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
3950 funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile
3951 automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che
3952 indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste
3953 vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale
3954 dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda
3957 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
3958 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
3959 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
3960 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
3961 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
3962 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
3963 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
3964 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
3966 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
3967 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
3968 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
3969 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
3970 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
3971 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
3972 vengono sempre ignorati.
3974 Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la
3975 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
3976 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
3980 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
3981 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
3982 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
3983 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
3984 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
3987 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
3991 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
3992 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
3993 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
3994 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
3995 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
3996 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
3997 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
3998 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
3999 portabilità su vecchi sistemi.
4001 Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard, anche queste
4002 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4003 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4007 \fhead{stdio\_ext.h}
4008 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4009 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4010 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4011 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4014 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4015 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4016 sono previste condizioni di errore.}
4019 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4020 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4021 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4025 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4026 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4029 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4030 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4031 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4035 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4036 (accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4037 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello stream.
4039 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4041 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4042 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4043 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4044 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4045 line buffered. Per fare questo le \acr{glibc} supportano una estensione di
4046 Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4050 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4051 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4052 modalità \textit{line buffered}.}
4055 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4058 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4059 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4060 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4061 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4063 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4064 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4068 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4069 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4072 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4075 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4076 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4077 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4080 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4081 \label{sec:file_stream_thread}
4085 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4086 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4087 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4088 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4089 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4092 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4093 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4094 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4095 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4096 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4097 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4098 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4100 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4101 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4102 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4103 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4104 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4105 \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4109 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4110 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4111 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4112 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4114 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4117 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4118 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4119 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4120 precedentemente acquisito.
4122 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4123 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4127 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4128 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4131 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4132 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4135 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4136 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4137 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4138 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4139 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4140 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4142 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4143 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4144 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle \acr{glibc})
4145 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4146 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4147 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4148 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4149 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4152 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4153 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4154 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al
4155 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4156 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4157 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4161 \fhead{stdio\_ext.h}
4162 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4163 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4166 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4167 previste condizioni di errore.}
4170 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4171 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4172 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4173 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4178 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4180 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4183 \const{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4184 blocco implicito predefinito.\\
4185 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4186 dover gestire da solo il locking dello
4188 \const{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4189 modalità di blocco dello
4193 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4194 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4195 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4198 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4199 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4200 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4201 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4203 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4209 %%% Local Variables:
4211 %%% TeX-master: "gapil"
4214 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4215 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4216 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4217 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4218 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4219 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4220 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4221 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4222 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4223 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4224 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4225 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4226 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4227 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4228 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4229 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4230 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4231 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4232 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4233 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4234 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4235 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4236 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4237 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4238 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4239 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4240 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4241 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4242 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4243 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4244 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4245 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4246 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4247 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4248 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4249 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4250 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4251 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4252 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4253 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4254 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4255 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4256 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4257 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4258 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4259 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE
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