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12 \chapter{La gestione dell'I/O su file}
13 \label{cha:file_IO_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo le due interfacce di programmazione che
16 consentono di gestire i dati mantenuti nei file. Cominceremo con quella nativa
17 del sistema, detta dei \textit{file descriptor}, che viene fornita
18 direttamente dalle \textit{system call} e che non prevede funzionalità evolute
19 come la bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura
20 formattata. Esamineremo poi anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI
21 C, che viene chiamata dei \textit{file stream} o anche più brevemente degli
22 \textit{stream}. Per entrambe dopo una introduzione alle caratteristiche
23 generali tratteremo le funzioni base per la gestione dell'I/O, lasciando per
24 ultime le caratteristiche più avanzate.
27 \section{L'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
28 \label{sec:file_unix_interface}
31 Come visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work} il kernel mette a disposizione
32 tramite il \textit{Virtual File System} una serie di \textit{system call} che
33 consentono di operare sui file in maniera generale. Abbiamo trattato quelle
34 relative alla gestione delle proprietà dei file nel precedente capitolo,
35 vedremo quelle che si applicano al contenuto dei file in questa sezione,
36 iniziando con una breve introduzione sull'architettura dei \textit{file
37 descriptor} per poi trattare le funzioni di base e le modalità con cui
38 consentono di gestire i dati memorizzati sui file.
41 \subsection{I \textit{file descriptor}}
44 \itindbeg{file~descriptor}
46 L'accesso al contenuto dei file viene effettuato, sia pure con differenze
47 nella realizzazione pratica, in maniera sostanzialmente identica in tutte le
48 implementazioni di un sistema unix-like, ricorrendo a quella che viene
49 chiamata l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.
51 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
52 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso. Questo si
53 fa aprendo il file con la funzione \func{open} (vedi
54 sez.~\ref{sec:file_open_close}) che provvederà a localizzare l'\textit{inode}
55 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
56 il VFS mette a disposizione (quelle di
57 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
58 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
59 impedendo ogni ulteriore operazione.
61 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un numero
62 intero non negativo, che viene chiamato appunto \textit{file descriptor}.
63 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
64 tutte le ulteriori operazioni dovranno essere compiute specificando questo
65 stesso numero come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
67 \itindbeg{process~table}
70 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
71 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Abbiamo già accennato in
72 sez.~\ref{sec:proc_hierarchy} come il kernel mantenga un elenco di tutti
73 processi nella cosiddetta \textit{process table}. Lo stesso, come accennato in
74 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}, vale anche per tutti i file aperti, il cui
75 elenco viene mantenuto nella cosiddetta \textit{file table}.
77 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
78 processo attivo nel sistema. Ciascuna voce è costituita dal puntatore a una
79 struttura di tipo \kstruct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
80 informazioni relative al processo, fra queste informazioni c'è anche il
81 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
82 \kstruct{files\_struct},\footnote{la definizione corrente di questa struttura
83 si trova nel file \texttt{include/linux/fdtable.h} dei sorgenti del kernel,
84 quella mostrata in fig.~\ref{fig:file_proc_file} è una versione pesantemente
85 semplificata.} che contiene le informazioni relative ai file che il processo
88 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
89 che è stato aperto nel sistema. Come accennato in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}
90 per ogni file aperto viene allocata una struttura \kstruct{file} e la
91 \textit{file table} è costituita da un elenco di puntatori a ciascuna di
92 queste strutture, che, come illustrato in fig.~\ref{fig:kstruct_file},
93 contengono le informazioni necessarie per la gestione dei file, ed in
96 \item i flag di stato del file nel campo \var{f\_flags}.
97 \item la posizione corrente nel file, il cosiddetto \textit{offset}, nel campo
99 \item un puntatore alla struttura \kstruct{inode} che identifica
100 l'\textit{inode} del file.\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
101 ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta a sua volta
102 all'\textit{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
103 \item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni che si possono
104 usare sul file.\footnote{quelle della struttura \kstruct{file\_operation},
105 descritte sommariamente in tab.~\ref{tab:file_file_operations}.}
110 \includegraphics[width=12cm]{img/procfile}
111 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
112 l'interfaccia dei file descriptor.}
113 \label{fig:file_proc_file}
116 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema semplificato in cui
117 è illustrata questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le
118 interrelazioni fra la \textit{file table}, la \textit{process table} e le
119 varie strutture di dati che il kernel mantiene per ciascun file e ciascun
122 \itindend{process~table}
124 Come si può notare alla fine il collegamento che consente di porre in
125 relazione i file ed i processi è effettuato attraverso i dati mantenuti nella
126 struttura \kstruct{files\_struct}, essa infatti contiene alcune informazioni
129 \item i flag relativi ai file aperti dal processo.
130 \item il numero di file aperti dal processo.
131 \item la \itindex{file~descriptor~table} \textit{file descriptor table}, una
132 tabella con i puntatori, per ciascun file aperto, alla relativa voce nella
136 In questa infrastruttura un file descriptor non è altro che l'intero positivo
137 che indicizza quest'ultima tabella, e che consente di recuperare il puntatore
138 alla struttura \kstruct{file} corrispondente al file aperto dal processo a cui
139 era stato assegnato questo indice. Una volta ottenuta grazie al file
140 descriptor la struttura \kstruct{file} corrispondente al file voluto nella
141 \textit{file table}, il kernel potrà usare le funzioni messe disposizione dal
142 VFS per eseguire sul file tutte le operazioni necessarie.
144 Il meccanismo dell'apertura dei file prevede che venga sempre fornito il primo
145 file descriptor libero nella tabella, e per questo motivo essi vengono
146 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file, posto che
147 non ne sia stato chiuso nessuno in precedenza.
149 \itindbeg{standard~input}
150 \itindbeg{standard~output}
151 \itindbeg{standard~error}
153 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
154 processo si aspetta di avere sempre tre file aperti che, per quanto appena
155 detto, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2. Il primo file
156 è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}, è cioè il file da
157 cui un processo si aspetta di dover leggere i dati in ingresso. Il secondo
158 file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci si
159 aspetta di dover scrivere i dati in uscita. Il terzo è lo \textit{standard
160 error}, su cui vengono scritti i dati relativi agli errori.
162 \itindend{file~descriptor}
165 Benché questa sia alla fine soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
166 totalità delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a problemi di
167 interoperabilità. Nel caso della shell tutti questi file sono associati al
168 terminale di controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per
169 l'ingresso e alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1
170 provvede, al posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
171 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
178 \textbf{File} & \textbf{Significato} \\
181 \constd{STDIN\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard input}.\\
182 \constd{STDOUT\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard output}.\\
183 \constd{STDERR\_FILENO} & file descriptor dello \textit{standard error}.\\
186 \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard.}
187 \label{tab:file_std_files}
190 \itindend{standard~input}
191 \itindend{standard~output}
192 \itindend{standard~error}
194 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa
195 rispetto a quella usuale della shell, in cui tutti e tre questi file fanno
196 riferimento al terminale su cui si opera. Nell'esempio invece viene illustrata
197 la situazione di un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
198 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
199 associati ad un altro file. Si noti poi come per questi ultimi le strutture
200 \kstruct{file} nella \textit{file table}, pur essendo distinte, fanno
201 riferimento allo stesso \textit{inode}, dato che il file che è stato aperto lo
202 stesso. Questo è quello che avviene normalmente quando si apre più volte lo
205 Si ritrova quindi anche con le voci della \textit{file table} una situazione
206 analoga di quella delle voci di una directory, con la possibilità di avere più
207 voci che fanno riferimento allo stesso \textit{inode}. L'analogia è in realtà
208 molto stretta perché quando si cancella un file, il kernel verifica anche che
209 non resti nessun riferimento in una qualunque voce della \textit{file table}
210 prima di liberare le risorse ad esso associate e disallocare il relativo
213 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
214 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
215 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
216 descriptor dentro \kstruct{files\_struct}. Questo limite intrinseco nei kernel
217 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
218 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
219 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
221 \itindend{file~table}
224 \subsection{Apertura, creazione e chiusura di un file}
225 \label{sec:file_open_close}
227 La funzione di sistema \funcd{open} è la principale funzione dell'interfaccia
228 di gestione dei file, quella che dato un \textit{pathname} consente di
229 ottenere un file descriptor ``\textsl{aprendo}'' il file
230 corrispondente,\footnote{è \func{open} che alloca \kstruct{file}, la inserisce
231 nella \textit{file table} e crea il riferimento nella
232 \kstruct{files\_struct} del processo.} il suo prototipo è:
238 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
239 \fdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
241 \fdesc{Apre un file.}
244 {La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ per un
245 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
247 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
248 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
249 \item[\errcode{EINTR}] la funzione era bloccata ed è stata interrotta da un
250 segnale (vedi sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}).
251 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato \const{O\_CREAT} indicando un pathname
252 con caratteri non supportati dal filesystem sottostante o si è richiesto
253 \const{O\_TMPFILE} senza indicare \const{O\_WRONLY} o \const{O\_RDWR} o si
254 è usato \const{O\_DIRECT} per un filesystem che non lo supporta.
255 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e o si è
256 tentato un accesso che prevede la scrittura o si è usato
257 \const{O\_TMPFILE} con accesso che prevede la scrittura ma il kernel non
258 supporta la funzionalità.
259 \item[\errcode{EFBIG}] il file è troppo grande per essere aperto, in genere
260 dovuto al fatto che si è compilata una applicazione a 32 bit senza
261 abilitare il supporto per le dimensioni a 64 bit; questo è il valore
262 restituito fino al kernel 2.6.23, coi successivi viene restituito
263 \errcode{EOVERFLOW} come richiesto da POSIX.1.
264 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi collegamenti simbolici nel
265 risolvere \param{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
266 \param{pathname} è un collegamento simbolico (e non si è usato
268 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
269 dispositivo che non esiste.
270 \item[\errcode{ENOENT}] \param{pathname} non esiste e non si è richiesto
271 \const{O\_CREAT}, o non esiste un suo componente, o si riferisce ad una
272 directory inesistente, si è usato \const{O\_TMPFILE} con accesso che
273 prevede la scrittura ma il kernel non supporta la funzionalità.
274 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
275 \param{pathname} non è una directory.
276 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NONBLOCK} o
277 \const{O\_WRONLY} ed il file è una \textit{fifo} che non viene letta da
278 nessun processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il
279 dispositivo è assente.
280 \item[\errcode{EPERM}] si è specificato \const{O\_NOATIME} e non si è né
281 amministratori né proprietari del file.
282 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
283 di un programma in esecuzione.
284 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] la funzione si sarebbe bloccata ma si è
285 richiesto \const{O\_NONBLOCK}.
287 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE},
288 \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENFILE}, \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC},
289 \errval{EROFS}, nel loro significato generico.}
292 La funzione apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata
293 da \param{flags}. Essa può essere invocata in due modi diversi, specificando
294 opzionalmente un terzo argomento \param{mode}. Qualora il file non esista e
295 venga creato, questo argomento consente di indicare quali permessi dovranno
296 essergli assegnati.\footnote{questo è possibile solo se si è usato in
297 \param{flags} uno fra \const{O\_CREATE} e \const{O\_TMPFILE}, in tutti gli
298 altri casi sarà ignorato.} I valori possibili sono gli stessi già visti in
299 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
300 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
301 comunque filtrati dal valore della \textit{umask} (vedi
302 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) del processo.
304 La funzione restituisce sempre il primo file descriptor libero, una
305 caratteristica che permette di prevedere qual è il valore del file descriptor
306 che si otterrà al ritorno di \func{open}, e che viene spesso usata dalle
307 applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard visti in
308 tab.~\ref{tab:file_std_files}. Se ad esempio si chiude lo \textit{standard
309 input} e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo
310 \textit{standard input} dato che avrà il file descriptor 0.
312 Al momento dell'apertura il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun
313 altro processo (torneremo sul significato della condivisione dei file
314 descriptor, che in genere si ottiene dopo una \func{fork}, in
315 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è impostato, come accennato in
316 sez.~\ref{sec:proc_exec}, per restare aperto attraverso una
317 \func{exec}. Inoltre la posizione sul file, il cosiddetto \textit{offset}, è
318 impostata all'inizio del file. Una volta aperto un file si potrà operare su di
319 esso direttamente tramite il file descriptor, e quanto avviene al
320 \textit{pathname} con cui lo si è aperto sarà del tutto ininfluente.
322 \itindbeg{file~status~flags}
324 Il comportamento della funzione, e le diverse modalità con cui può essere
325 aperto il file, vengono controllati dall'argomento \param{flags} il cui valore
326 deve essere indicato come maschera binaria in cui ciascun bit ha un
327 significato specifico. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire i
328 cosiddetti \textit{file status flags} (i \textsl{flag di stato} del file), che
329 vengono mantenuti nel campo \var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} che
330 abbiamo riportato anche in fig.~\ref{fig:file_proc_file}).
332 Ciascun flag viene identificato da una apposita costante, ed il valore
333 di \param{flags} deve essere specificato come OR aritmetico di queste
334 costanti. Inoltre per evitare problemi di compatibilità con funzionalità che
335 non sono previste o non ancora supportate in versioni meno recenti del kernel,
336 la \func{open} di Linux ignora i flag che non riconosce, pertanto
337 l'indicazione di un flag inesistente non provoca una condizione di errore.
339 I vari bit che si possono usare come componenti di \param{flags} sono divisi
340 in tre gruppi principali. Il primo gruppo è quello dei cosiddetti flag delle
341 \textsl{modalità di accesso} (o \textit{access mode flags}), che specificano
342 che tipo di accesso si effettuerà sul file, fra lettura, scrittura e
343 lettura/scrittura. Questa modalità deve essere indicata usando una delle
344 costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}.
349 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
351 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
354 \constd{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura.\\
355 \constd{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura.\\
356 \constd{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura.\\
359 \caption{Le tre costanti che identificano le modalità di accesso
360 nell'apertura di un file.}
361 \label{tab:open_access_mode_flag}
364 A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso
365 non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma
366 con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la
367 combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto
368 equivalente a \const{O\_RDWR}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà
369 su Linux, dove i valori per le tre costanti di
370 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il
371 valore $3$ viene usato con un significato speciale, ed assolutamente fuori
372 standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni
373 driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura
374 e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto
375 o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi
376 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).}
378 La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file,
379 il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \textit{file status
380 flags}, e può essere riletto con \func{fcntl} (vedi
381 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), il relativo valore può essere poi ottenuto
382 un AND aritmetico della maschera binaria \constd{O\_ACCMODE}, ma non può essere
383 modificato. Nella \acr{glibc} sono definite inoltre \constd{O\_READ} come
384 sinonimo di \const{O\_RDONLY} e \constd{O\_WRITE} come sinonimo di
385 \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di definizioni completamente fuori
386 standard, attinenti, insieme a \constd{O\_EXEC} che permetterebbe l'apertura
387 di un file per l'esecuzione, ad un non meglio precisato ``\textit{GNU
388 system}''; pur essendo equivalenti alle definizioni classiche non è
389 comunque il caso di utilizzarle.}
391 \itindend{file~status~flags}
393 Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di
394 apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di
395 \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che
396 fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di
397 più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il
398 cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che
399 permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di
400 \func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag
401 hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i
402 \textit{file status flags} e non possono essere riletti da \func{fcntl} (vedi
403 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
408 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
410 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
413 \constd{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole
414 di titolarità del file viste in
415 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si
416 imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve
417 essere sempre specificato.\\
418 \constd{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la
419 chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il
420 kernel 2.1.126, è specifico di Linux e
421 serve ad evitare dei possibili
422 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
423 \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir}
424 viene chiamata su una \textit{fifo} o su un
425 dispositivo associato ad una unità a nastri. Non
426 viene usato al di fuori dell'implementazione di
427 \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è
428 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
429 \constd{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con
430 \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file
431 indicato da \param{pathname} non sia già esistente
432 (altrimenti causa il fallimento della chiamata con
433 un errore di \errcode{EEXIST}).\\
434 \constd{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere
435 l'apertura di file molto grandi, la cui
436 dimensione non è rappresentabile con la versione a
437 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando
438 l'interfaccia alternativa abilitata con la
439 macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come
440 illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è
441 sempre preferibile usare la conversione automatica
442 delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la
443 macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS}, e non usare mai
445 \constd{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo
446 di terminale, questo non diventerà il terminale di
447 controllo, anche se il processo non ne ha ancora
448 uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
449 \constd{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un collegamento simbolico
450 la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD
451 aggiunta in Linux a partire dal kernel
452 2.1.126, ed utilizzabile soltanto se si è definita
453 la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
454 \const{O\_TMPFILE} & Consente di creare un file temporaneo anonimo, non
455 visibile con un pathname sul filesystem, ma
456 leggibile e scrivibile all'interno del processo.
457 Introdotto con il kernel 3.11, è specifico di
459 \constd{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
460 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o
461 una \textit{fifo} viene ignorato, negli altri casi
462 il comportamento non è specificato.\\
465 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di
467 \label{tab:open_time_flag}
470 \footnotetext{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of
471 Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
472 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
473 bloccato nelle risposte all'attacco.}
475 Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle
476 \textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due
477 flag \constd{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock}
478 e \constd{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi
479 sez.~\ref{sec:file_locking}), si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non
480 esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato
481 in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per
482 assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i
483 cosiddetti ``\textsl{file di lock}'' (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
485 Si tenga presente che questa opzione è supportata su NFS solo a partire da
486 NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni precedenti la funzionalità viene
487 emulata controllando prima l'esistenza del file per cui usarla per creare un
488 file di lock potrebbe dar luogo a una \textit{race condition}, in tal caso
489 infatti un file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura
490 con \const{O\_CREAT}; la cosa si può risolvere comunque creando un file con un
491 nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il file di lock,
492 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
494 Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è
495 indefinito, escluso il caso in cui viene usato con \const{O\_TMPFILE} su cui
496 torneremo più avanti; un'altra eccezione è quello in cui lo si usa da solo su
497 un file di dispositivo, in quel caso se questo è in uso (ad esempio se è
498 relativo ad un filesystem che si è montato) si avrà un errore di
499 \errval{EBUSY}, e pertanto può essere usato in questa modalità per rilevare lo
500 stato del dispositivo.
502 Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre specificare
503 l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga presente che
504 indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che in seguito
505 potrebbero non consentire lettura o scrittura, quando il file viene aperto
506 l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di
507 tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file
508 \const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di
509 tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece
510 si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il
511 \textit{modification time} e lo \textit{status change time}.
513 Il flag \constd{O\_TMPFILE}, introdotto con il kernel
514 3.11,\footnote{inizialmente solo su alcuni filesystem (i vari \acr{extN},
515 \acr{Minix}, \acr{UDF}, \acr{shmem}) poi progressivamente esteso ad altri
516 (\acr{XFS} con il 3.15, \acr{Btrfs} e \acr{F2FS} con il 3.16, \acr{ubifs}
517 con il 4.9).} consente di aprire un file temporaneo senza che questo venga
518 associato ad un nome e compaia nel filesystem. In questo caso la funzione
519 restituirà un file descriptor da poter utilizzare per leggere e scrivere dati,
520 ma il contenuto dell'argomento \param{path} verrà usato solamente per
521 determinare, in base alla directory su cui si verrebbe a trovare il
522 \textit{pathname} indicato, il filesystem all'interno del quale deve essere
523 allocato l'\textit{inode} e lo spazio disco usato dal file
524 descriptor. L'\textit{inode} resterà anonimo e l'unico riferimento esistente
525 sarà quello contenuto nella \textit{file table} del processo che ha chiamato
528 Lo scopo principale del flag è quello fornire una modalità atomica, semplice e
529 sicura per applicare la tecnica della creazione di un file temporaneo seguita
530 dalla sua immediata cancellazione con \func{unlink} per non lasciare rimasugli
531 sul filesystem, di cui è parlato in sez.~\ref{sec:link_symlink_rename}.
532 Inoltre, dato che il file non compare nel filesystem, si evitano alla radice
533 tutti gli eventuali problemi di \textit{race condition} o \textit{symlink
534 attack} e non ci si deve neanche preoccupare di ottenere un opportuno nome
535 univoco con l'uso delle funzioni di sez.~\ref{sec:file_temp_file}.
537 Una volta aperto il file vi si potrà leggere o scrivere a seconda che siano
538 utilizzati \const{O\_RDWR} o \const{O\_WRONLY}, mentre l'uso di
539 \func{O\_RDONLY} non è consentito, non avendo molto senso ottenere un file
540 descriptor su un file che nasce vuoto per cui non si potrà comunque leggere
541 nulla. L'unico altro flag che può essere utilizzato insieme a
542 \const{O\_TMPFILE} è \const{O\_EXCL}, che in questo caso assume però un
543 significato diverso da quello ordinario, dato che in questo caso il file
544 associato al file descriptor non esiste comunque.
546 L'uso di \const{O\_EXCL} attiene infatti all'altro possibile impiego di
547 \const{O\_TMPFILE} oltre a quello citato della creazione sicura di un file
548 temporaneo come sostituto sicuro di \func{tmpfile}: la possibilità di creare
549 un contenuto iniziale per un file ed impostarne permessi, proprietario e
550 attributi estesi con \func{fchmod}, \func{fchown} e \func{fsetxattr}, senza
551 possibilità di \textit{race condition} ed interferenze esterne, per poi far
552 apparire il tutto sul filesystem in un secondo tempo utilizzando \func{linkat}
553 sul file descriptor (torneremo su questo in sez.~\ref{sec:file_openat}) per
554 dargli un nome. Questa operazione però non sarà possibile se si è usato
555 \const{O\_EXCL}, che in questo caso viene ad assumere il significato di
556 escludere la possibilità di far esistere il file anche in un secondo tempo.
558 % NOTE: per O_TMPFILE vedi: http://kernelnewbies.org/Linux_3.11
559 % https://lwn.net/Articles/558598/ http://lwn.net/Articles/619146/
565 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
567 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
570 \constd{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \textit{append mode}. La
571 posizione sul file (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
572 viene sempre mantenuta sulla sua coda, per cui
573 quanto si scrive viene sempre aggiunto al contenuto
574 precedente. Con NFS questa funzionalità non è
575 supportata e viene emulata, per questo possono
576 verificarsi \textit{race condition} con una
577 sovrapposizione dei dati se più di un processo
578 scrive allo stesso tempo.\\
579 \constd{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
580 sez.~\ref{sec:signal_driven_io}). Quando è
581 impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO}
582 tutte le volte che il file è pronto per le
583 operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si
584 può usare solo terminali, pseudo-terminali e socket
585 e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle
586 \textit{fifo}. Per un bug dell'implementazione non
587 è opportuno usarlo in fase di apertura del file,
588 deve invece essere attivato successivamente con
590 \constd{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
591 sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è
592 previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato
593 introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una
594 \textit{race condition} che si potrebbe verificare
595 con i \textit{thread} fra l'apertura del file e
596 l'impostazione della suddetta modalità con
598 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
599 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in
600 \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da
601 scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del
602 kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed
603 utilizzabile soltanto se si è definita la
604 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
605 \constd{O\_NOATIME}& Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
606 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per
607 molti filesystem questa funzionalità non è
608 disponibile per il singolo file ma come opzione
609 generale da specificare in fase di
610 montaggio. Introdotto con il kernel 2.6.8 ed
611 utilizzabile soltanto se si è definita la
612 macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\
613 \constd{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per
614 le operazioni di I/O (vedi
615 sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa
616 il fallimento delle successive operazioni di
617 lettura o scrittura qualora il file non sia pronto
618 per la loro esecuzione immediata, invece del
619 blocco delle stesse in attesa di una successiva
620 possibilità di esecuzione come avviene
621 normalmente. Questa modalità ha senso solo per le
622 \textit{fifo}, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}),
623 o quando si vuole aprire un file di dispositivo
624 per eseguire una \func{ioctl} (vedi
625 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\\
626 \constd{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma
627 origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
628 una \func{read} con un valore nullo e non con un
629 errore, questo introduce un'ambiguità, dato che
630 come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno
631 di un valore nullo da parte di \func{read} ha
632 il significato di una \textit{end-of-file}.\\
633 \const{O\_PATH} & Ottiene un file descriptor io cui uso è limitato
634 all'indicare una posizione sul filesystem o
635 eseguire operazioni che operano solo a livello del
636 file descriptor (e non di accesso al contenuto del
637 file). Introdotto con il kernel 2.6.39, è specifico
639 \constd{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
640 scrittura si bloccherà fino alla conferma
641 dell'arrivo di tutti i dati e di tutti i metadati
642 sull'hardware sottostante (in questo significato
643 solo dal kernel 2.6.33).\\
644 \constd{O\_DSYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni
645 scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma
646 dell'arrivo degli stessi e della parte di metadati
647 ad essi relativa sull'hardware sottostante (in
648 questo significato solo dal kernel 2.6.33).\\
651 \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di
653 \label{tab:open_operation_flag}
656 Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione},
657 riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare
658 varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno
659 eseguite sul file o le modalità in cui lo si potrà utilizzare. Tutti questi,
660 tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene mantenuto per ogni singolo file
661 descriptor, vengono salvati nel campo \var{f\_flags} della struttura
662 \kstruct{file} insieme al valore della \textsl{modalità di accesso}, andando
663 far parte dei \textit{file status flags}. Il loro valore viene impostato alla
664 chiamata di \func{open}, ma possono venire riletti in un secondo tempo con
665 \func{fcntl}, inoltre alcuni di essi possono anche essere modificati tramite
666 questa funzione, con conseguente effetto sulle caratteristiche operative che
667 controllano (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
669 Il flag \const{O\_ASYNC} (che, per compatibilità con BSD, si può indicare
670 anche con la costante \constd{FASYNC}) è definito come possibile valore per
671 \func{open}, ma per un bug dell'implementazione,\footnote{segnalato come
672 ancora presente nella pagina di manuale, almeno fino al novembre 2018.} non
673 solo non attiva il comportamento citato, ma se usato richiede di essere
674 esplicitamente disattivato prima di essere attivato in maniera effettiva con
675 l'uso di \func{fcntl}. Per questo motivo, non essendovi nessuna necessità
676 specifica di definirlo in fase di apertura del file, è sempre opportuno
677 attivarlo in un secondo tempo con \func{fcntl} (vedi
678 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
680 Il flag \constd{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è
681 presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla
682 SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in
683 FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in
684 \textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano
685 allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in
686 genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni
687 possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem
688 questo flag può non essere supportato, nel qual caso si avrà un errore di
691 Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla
692 bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database)
693 che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più
694 efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di
695 questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in
696 grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si
697 usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello
698 ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad
699 un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con
700 eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}).
702 Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta una
703 scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user space}, questo non è
704 completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} che garantisce anche
705 sulla scrittura sincrona dei metadati associati alla scrittura dei dati del
706 file.\footnote{la situazione si complica ulteriormente per NFS, in cui l'uso
707 del flag disabilita la bufferizzazione solo dal lato del client, e può
708 causare problemi di prestazioni.} Per questo in genere se si usa
709 \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche \const{O\_SYNC}.
711 Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux
712 differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede, oltre a
713 questo flag che dovrebbe indicare la sincronizzazione completa di tutti i dati
714 e di tutti i metadati, altri due flag \const{O\_DSYNC} e \const{O\_RSYNC}.
716 Il primo dei due richiede la scrittura sincrona di tutti i dati del file e dei
717 metadati che ne consentono l'immediata rilettura, ma non di tutti i metadati,
718 per evitare la perdita di prestazioni relativa alla sincronizzazione di
719 informazioni ausiliarie come i tempi dei file. Il secondo, da usare in
720 combinazione con \const{O\_SYNC} o \const{O\_DSYNC} ne sospende l'effetto,
721 consentendo al kernel di bufferizzare le scritture, ma soltanto finché non
722 avviene una lettura, in quel caso i dati ed i metadati dovranno essere
723 sincronizzati immediatamente (secondo le modalità indicate da \const{O\_SYNC}
724 e \const{O\_DSYNC}) e la lettura verrà bloccata fintanto che detta
725 sincronizzazione non sia completata.
727 Nel caso di Linux, fino al kernel 2.6.33, esisteva solo \const{O\_SYNC}, ma
728 con il comportamento previsto dallo standard per \const{O\_DSYNC}, e sia
729 questo che \const{O\_RSYNC} erano definiti (fin dal kernel 2.1.130) come
730 sinonimi di \const{O\_SYNC}. Con il kernel 2.6.33 il significato di
731 \const{O\_SYNC} è diventato quello dello standard, ma gli è stato assegnato un
732 valore diverso, mantenendo quello originario, con il comportamento
733 corrispondete, per \const{O\_DSYNC} in modo che applicazioni compilate con
734 versioni precedenti delle librerie e del kernel non trovassero un
735 comportamento diverso. Inoltre il nuovo \const{O\_SYNC} è stato definito in
736 maniera opportuna in modo che su versioni del kernel precedenti la 2.6.33
737 torni a corrispondere al valore di \const{O\_DSYNC}.
739 % NOTE: per le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella
740 % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/
742 Il flag \constd{O\_PATH},\label{open_o_path_flag} introdotto con il kernel
743 2.6.39, viene usato per limitare l'uso del file descriptor restituito da
744 \func{open} o all'identificazione di una posizione sul filesystem (ad uso
745 delle \textit{at-functions} che tratteremo in sez.~\ref{sec:file_openat}) o
746 alle operazioni che riguardano il file descriptor in quanto tale, senza
747 consentire operazioni sul file; in sostanza se si apre un file con
748 \const{O\_PATH} si potrà soltanto:
750 \item usare il file descriptor come indicatore della directory di partenza con
751 una delle \textit{at-functions} (vedi sez.~\ref{sec:file_openat});
752 \item cambiare directory di lavoro con \func{fchdir} se il file descriptor fa
753 riferimento a una directory (dal kernel 3.5);
754 \item usare le funzioni che duplicano il file descriptor (vedi
755 sez.~\ref{sec:file_dup});
756 \item passare il file descriptor ad un altro processo usando un socket
757 \const{PF\_UNIX} (vedi sez.~\ref{sec:unix_socket})
758 \item ottenere le informazioni relative al file con \func{fstat} (dal kernel
759 3.6) o al filesystem con \func{fstatfs} (dal kernel 3.12);
760 \item ottenere il valore dei \textit{file descriptor flags} (fra cui comparirà
761 anche lo stesso \const{O\_PATH}) o impostare o leggere i \textit{file status
762 flags} con \func{fcntl} (rispettivamente con le operazioni
763 \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFD} e \const{F\_GETFD}, vedi
764 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
765 \item chiudere il file con \func{close}.
768 In realtà usando \const{O\_PATH} il file non viene effettivamente aperto, per
769 cui ogni tentativo di usare il file descriptor così ottenuto con funzioni che
770 operano effettivamente sul file (come ad esempio \func{read}, \func{write},
771 \func{fchown}, \func{fchmod}, \func{ioctl}, ecc.) fallirà con un errore di
772 \errval{EBADF}, come se questo non fosse un file descriptor valido. Per questo
773 motivo usando questo flag non è necessario avere nessun permesso per aprire un
774 file, neanche quello di lettura (ma occorre ovviamente avere il permesso di
775 esecuzione per le directory sovrastanti).
777 Questo consente di usare il file descriptor con funzioni che non richiedono
778 permessi sul file, come \func{fstat}, laddove un'apertura con
779 \const{O\_RDONLY} sarebbe fallita. I permessi verranno eventualmente
780 controllati, se necessario, nelle operazioni seguenti, ad esempio per usare
781 \func{fchdir} con il file descriptor (se questo fa riferimento ad una
782 directory) occorrerà avere il permesso di esecuzione.
784 Se si usa \const{O\_PATH} tutti gli altri flag eccettuati \const{O\_CLOEXEC},
785 \const{O\_DIRECTORY} e \const{O\_NOFOLLOW} verranno ignorati. I primi due
786 mantengono il loro significato usuale, mentre \const{O\_NOFOLLOW} fa si che se
787 il file indicato è un un link simbolico venga aperto quest'ultimo (cambiando
788 quindi il comportamento ordinario che prova il fallimento della chiamata),
789 così da poter usare il file descriptor ottenuto per le funzioni
790 \func{fchownat}, \func{fstatat}, \func{linkat} e \func{readlinkat} che ne
791 supportano l'uso come come primo argomento (torneremo su questo in
792 sez.~\ref{sec:file_openat}).
794 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
795 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
796 questo motivo per creare un nuovo file c'era una \textit{system call}
797 apposita, \funcd{creat}, nel caso di Linux questo non è più necessario ma la
798 funzione è definita ugualmente; il suo prototipo è:
802 \fdecl{int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
803 \fdesc{Crea un nuovo file vuoto.}
806 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
807 caso \var{errno} assumerà gli stessi valori che si otterrebbero con
811 La funzione crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati
812 dall'argomento \param{mode}. È del tutto equivalente a \code{open(filedes,
813 O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)} e resta solo per compatibilità con i
816 Una volta che l'accesso ad un file non sia più necessario la funzione di
817 sistema \funcd{close} permette di ``\textsl{chiuderlo}'', in questo modo il
818 file non sarà più accessibile ed il relativo file descriptor ritornerà
819 disponibile; il suo prototipo è:
823 \fdecl{int close(int fd)}
824 \fdesc{Chiude un file.}
827 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
828 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
830 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
831 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
833 ed inoltre \errval{EIO} nel suo significato generico.}
836 La funzione chiude il file descriptor \param{fd}. La chiusura rilascia ogni
837 eventuale blocco (il \textit{file locking} è trattato in
838 sez.~\ref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito su di
839 esso. Se \param{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie, vedi
840 sez.~\ref{sec:file_shared_access} e \ref{sec:file_dup}) ad un file aperto,
841 tutte le risorse nella \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il
842 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
845 Si ricordi che quando un processo termina tutti i suoi file descriptor vengono
846 automaticamente chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non
847 usano esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
848 controllare lo stato di uscita di \func{close} un è errore; molti filesystem
849 infatti implementano la tecnica del cosiddetto \itindex{write-behind}
850 \textit{write-behind}, per cui una \func{write} può avere successo anche se i
851 dati non sono stati effettivamente scritti su disco. In questo caso un
852 eventuale errore di I/O avvenuto in un secondo tempo potrebbe sfuggire, mentre
853 verrebbe riportato alla chiusura esplicita del file. Per questo motivo non
854 effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
855 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
856 e le quote su disco.}
858 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
859 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
860 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
861 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente lo scarico
862 dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al comportamento
863 dell'hardware, che a sua volta può introdurre ottimizzazioni dell'accesso al
864 disco che ritardano la scrittura dei dati. Da questo deriva l'abitudine di
865 alcuni sistemisti di ripetere tre volte il comando omonimo prima di eseguire
866 lo shutdown di una macchina.
868 Si tenga comunque presente che ripetere la chiusura in caso di fallimento non
869 è opportuno, una volta chiamata \func{close} il file descriptor viene comunque
870 rilasciato, indipendentemente dalla presenza di errori, e se la riesecuzione
871 non comporta teoricamente problemi (se non la sua inutilità) se fatta
872 all'interno di un processo singolo, nel caso si usino i \textit{thread} si
873 potrebbe chiudere un file descriptor aperto nel contempo da un altro
876 \subsection{La gestione della posizione nel file}
877 \label{sec:file_lseek}
879 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
880 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
881 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \kstruct{file}) espressa da un numero
882 intero positivo che esprime il numero di byte dall'inizio del file. Tutte le
883 operazioni di lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che
884 viene automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
886 In genere, a meno di non avere richiesto la modalità di scrittura in
887 \textit{append} (vedi sez.~\ref{sec:file_write}) con \const{O\_APPEND}, questa
888 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
889 ad un valore qualsiasi con la funzione di sistema \funcd{lseek}, il cui
895 \fdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
896 \fdesc{Imposta la posizione sul file.}
899 {La funzione ritorna il valore della posizione sul file in caso di successo e
900 $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
902 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
903 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel
905 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una \textit{pipe}, un socket o una
908 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
911 La funzione imposta la nuova posizione sul file usando il valore indicato
912 da \param{offset}, che viene sommato al riferimento dato
913 dall'argomento \param{whence}, che deve essere indicato con una delle costanti
914 riportate in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}.\footnote{per compatibilità
915 con alcune vecchie notazioni questi valori possono essere rimpiazzati
916 rispettivamente con 0, 1 e 2 o con \constd{L\_SET}, \constd{L\_INCR} e
917 \constd{L\_XTND}.} Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa
918 nessun accesso al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il
919 campo \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, vedi
920 fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la funzione ritorna la nuova
921 posizione, usando il valore zero per \param{offset} si può riottenere la
922 posizione corrente nel file con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
927 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
929 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
932 \constd{SEEK\_SET}& Si fa riferimento all'inizio del file: il valore, che
933 deve essere positivo, di \param{offset} indica
934 direttamente la nuova posizione corrente.\\
935 \constd{SEEK\_CUR}& Si fa riferimento alla posizione corrente del file:
936 ad essa viene sommato \param{offset}, che può essere
937 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
939 \constd{SEEK\_END}& Si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
940 del file viene sommato \param{offset}, che può essere
941 negativo e positivo, per ottenere la nuova posizione
944 \constd{SEEK\_DATA}&Sposta la posizione nel file sull'inizio del primo
945 blocco di dati dopo un \textit{hole} che segue (o
946 coincide) con la posizione indicata da \param{offset}
948 \constd{SEEK\_HOLE}&Sposta la posizione sul file all'inizio del primo
949 \textit{hole} nel file che segue o inizia
950 con \param{offset}, oppure si porta su \param{offset}
951 se questo è all'interno di un \textit{hole}, oppure si
952 porta alla fine del file se non ci sono \textit{hole}
953 dopo \param{offset} (dal kernel 3.1).\\
956 \caption{Possibili valori per l'argomento \param{whence} di \func{lseek}.}
957 \label{tab:lseek_whence_values}
961 % NOTE: per SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi
962 % http://lwn.net/Articles/439623/
964 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
965 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
966 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
967 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
968 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, vedi
969 sez.~\ref{sec:file_shared_access}).
971 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
972 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
973 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
974 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
975 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
976 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
977 POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni file speciali, ad
978 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
981 \itindbeg{sparse~file}
982 \index{file!\textit{hole}|(}
984 Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size},
985 con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente
986 fine del file. In tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a
987 partire da detta posizione, con la creazione di quello che viene chiamato un
988 ``\textsl{buco}'' (in gergo \textit{hole}) nel file. Il nome deriva dal fatto
989 che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura
990 effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file e la nuova parte,
991 scritta dopo lo spostamento, non corrisponde ad una allocazione effettiva di
992 spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente
995 Questa è una delle caratteristiche specifiche della gestione dei file di un
996 sistema unix-like e quando si ha questa situazione si dice che il file in
997 questione è uno \textit{sparse file}. In sostanza, se si ricorda la struttura
998 di un filesystem illustrata in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, quello che
999 accade è che nell'\textit{inode} del file viene segnata l'allocazione di un
1000 blocco di dati a partire dalla nuova posizione, ma non viene allocato nulla
1001 per le posizioni intermedie. In caso di lettura sequenziale del contenuto del
1002 file il kernel si accorgerà della presenza del buco, e restituirà degli zeri
1003 come contenuto di quella parte del file.
1005 Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file
1006 su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui
1007 sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti
1008 \textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio
1009 disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come
1010 \cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi
1011 effettivamente allocati per il file.
1013 Tutto ciò avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un
1014 file è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio
1015 disco effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le
1016 altre proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente
1017 quando si estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo
1018 \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} quando si effettua la chiamata
1019 ad una delle funzioni \texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}.
1021 Questo comporta che la dimensione di un file, fintanto che lo si è scritto
1022 sequenzialmente, sarà corrispondente alla quantità di spazio disco da esso
1023 occupato, ma possono esistere dei casi, come questo in cui ci si sposta in una
1024 posizione oltre la fine corrente del file, o come quello accennato in
1025 sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione di un file con
1026 una \func{truncate}, in cui si modifica soltanto il valore della dimensione di
1027 \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Così è possibile creare
1028 inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza dover occupare da
1029 subito dello spazio disco che in realtà sarebbe inutilizzato.
1031 \itindend{sparse~file}
1033 A partire dal kernel 3.1, riprendendo una interfaccia adottata su Solaris,
1034 sono state aggiunti due nuovi valori per l'argomento \param{whence}, riportati
1035 nella seconda sezione di tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}, che consentono di
1036 riconoscere la presenza di \textit{hole} all'interno dei file ad uso di quelle
1037 applicazioni (come i programmi di backup) che possono salvare spazio disco
1038 nella copia degli \textit{sparse file}. Una applicazione può così determinare
1039 la presenza di un \textit{hole} usando \const{SEEK\_HOLE} all'inizio del file
1040 e determinare poi l'inizio della successiva sezione di dati usando
1041 \const{SEEK\_DATA}. Per compatibilità con i filesystem che non supportano
1042 questa funzionalità è previsto comunque che in tal caso \const{SEEK\_HOLE}
1043 riporti sempre la fine del file e \const{SEEK\_DATA} il valore
1046 Inoltre la decisione di come riportare (o di non riportare) la presenza di un
1047 buco in un file è lasciata all'implementazione del filesystem, dato che oltre
1048 a quelle classiche appena esposte esistono vari motivi per cui una sezione di
1049 un file può non contenere dati ed essere riportata come tale (ad esempio può
1050 essere stata preallocata con \func{fallocate}, vedi
1051 sez.~\ref{sec:file_fadvise}). Questo significa che l'uso di questi nuovi
1052 valori non garantisce la mappatura della effettiva allocazione dello spazio
1053 disco di un file, per il quale esiste una specifica operazione di controllo
1054 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1056 \index{file!\textit{hole}|)}
1059 \subsection{Le funzioni per la lettura di un file}
1060 \label{sec:file_read}
1062 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
1063 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione di sistema \funcd{read},
1068 \fdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
1069 \fdesc{Legge i dati da un file.}
1072 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1073 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1075 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non ha nessun dato da restituire e si è
1076 aperto il file con \const{O\_NONBLOCK}.
1077 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1078 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è associato ad un oggetto non leggibile,
1079 o lo si è ottenuto da \func{timerfd\_create} (vedi
1080 sez.~\ref{sec:sig_signalfd_eventfd}) e si è usato un valore sbagliato
1081 per \param{size} o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è
1083 \item[\errval{EIO}] si è tentata la lettura dal terminale di controllo
1084 essendo in background ignorando o bloccando \const{SIGTTIN} (vedi
1085 sez.~\ref{sec:term_io_design}) o per errori di basso livello sul supporto.
1087 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} e \errval{EISDIR}, nel loro
1088 significato generico.}
1091 La funzione tenta di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} a partire
1092 dalla posizione corrente, scrivendoli nel buffer \param{buf}.\footnote{fino ad
1093 un massimo di \const{0x7ffff000} byte, indipendentemente che l'architettura
1094 sia a 32 o 64 bit.} Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
1095 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
1096 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato. Inoltre che non è
1097 detto che la funzione \func{read} restituisca il numero di byte richiesto, ci
1098 sono infatti varie ragioni per cui la funzione può restituire un numero di
1099 byte inferiore: questo è un comportamento normale, e non un errore, che
1100 bisogna sempre tenere presente.
1102 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
1103 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
1104 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
1105 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
1106 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
1107 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
1108 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
1109 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
1110 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
1112 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
1113 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
1114 quando si legge da un terminale, da una \textit{fifo} o da una
1115 \textit{pipe}. In tal caso infatti, se non ci sono dati in ingresso, la
1116 \func{read} si blocca (a meno di non aver selezionato la modalità non
1117 bloccante, vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne
1118 arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione
1119 ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
1121 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
1122 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
1123 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
1124 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
1125 dati ricevuti fino al momento della lettura, o i terminali, per i quali si
1126 applicano anche ulteriori condizioni che approfondiremo in
1127 sez.~\ref{sec:sess_terminal_io}.
1129 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
1130 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
1131 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
1132 interrotta da un segnale. In tal caso l'azione da intraprendere è quella di
1133 rieseguire la funzione, torneremo in dettaglio sull'argomento in
1134 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
1135 in modalità non bloccante (con \const{O\_NONBLOCK}) e non ci sono dati in
1136 ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
1137 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
1138 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con la \acr{glibc}, questa è sinonima di
1139 \errcode{EAGAIN}, ma se si vuole essere completamente portabili occorre
1140 verificare entrambi i valori, dato che POSIX.1-2001 non richiede che siano
1141 coincidenti.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
1142 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo,
1143 torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:file_noblocking}.
1145 La funzione \func{read} è una delle \textit{system call} fondamentali,
1146 esistenti fin dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle
1147 \textit{Single Unix Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga
1148 \func{pwrite} sono state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nella
1149 \acr{glibc}, compresa l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la
1150 \textit{system call}, è stato aggiunto con la versione 2.1, in versioni
1151 precedenti sia del kernel che delle librerie la funzione non è disponibile.}
1152 (quello che viene chiamato normalmente Unix98, vedi
1153 sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la definizione di un'altra
1154 funzione di sistema, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
1158 \fdecl{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1159 \fdesc{Legge a partire da una posizione sul file.}
1162 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1163 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1164 \func{read} e \func{lseek}.}
1167 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
1168 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica
1169 una posizione sul file a partire dalla quale verranno letti i \param{count}
1170 byte. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno, ma la posizione
1171 corrente sul file resterà invariata. Il valore di \param{offset} fa sempre
1172 riferimento all'inizio del file.
1174 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{lseek} alla
1175 posizione indicata da \param{offset} seguita da una \func{read}, seguita da
1176 un'altra \func{lseek} che riporti al valore iniziale della posizione corrente
1177 sul file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
1178 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
1179 (vedi sez.~\ref{sec:file_shared_access}) ed è particolarmente utile in caso di
1180 programmazione \textit{multi-thread} (vedi sez.~\ref{cha:threads}) quando
1181 all'interno di un processo si vuole che le operazioni di un \textit{thread}
1182 non possano essere influenzata da eventuali variazioni della posizione sul
1183 file effettuate da altri \textit{thread}.
1185 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
1186 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
1187 \textit{Single Unix Specification} con un valore della macro
1188 \macro{\_XOPEN\_SOURCE} maggiore o uguale a 500 o a partire dalla \acr{glibc}
1189 2.12 con un valore dalla macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} maggiore o uguale al
1190 valore \val{200809L}. Si ricordi di definire queste macro prima
1191 dell'inclusione del file di dichiarazione \headfile{unistd.h}.
1194 \subsection{Le funzioni per la scrittura di un file}
1195 \label{sec:file_write}
1197 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
1198 scrivere su di esso utilizzando la funzione di sistema \funcd{write}, il cui
1203 \fdecl{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
1204 \fdesc{Scrive i dati su un file.}
1207 {La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo e $-1$ per
1208 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1210 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
1211 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
1212 \item[\errcode{EDESTADDRREQ}] si è eseguita una scrittura su un socket di
1213 tipo \textit{datagram} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type}) senza aver prima
1214 connesso il corrispondente con \func{connect} (vedi
1215 sez.~\ref{sec:UDP_sendto_recvfrom}).
1216 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
1217 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
1218 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
1219 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
1220 potuto scrivere qualsiasi dato.
1221 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
1222 la scrittura o si è usato \const{O\_DIRECT} ed il buffer non è allineato.
1223 \item[\errcode{EPERM}] la scrittura è proibita da un \textit{file seal}
1224 (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).
1225 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una \textit{pipe} il cui
1226 altro capo è chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il
1227 segnale \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato)
1228 la funzione ritorna questo errore.
1230 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EDQUOT}, \errval{EFAULT}, \errval{EIO},
1231 \errval{EISDIR}, \errval{ENOSPC} nel loro significato generico.}
1235 \itindbeg{append~mode}
1237 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
1238 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
1239 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
1240 modalità \textit{append} con \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
1241 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
1242 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
1243 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
1244 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
1246 \itindend{append~mode}
1248 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
1249 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
1250 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
1251 stesso comportamento di \func{read}.
1253 Anche per \func{write} lo standard Unix98 (ed i successivi POSIX.1-2001 e
1254 POSIX.1-2008) definiscono un'analoga \funcd{pwrite} per scrivere alla
1255 posizione indicata senza modificare la posizione corrente nel file, il suo
1260 \fdecl{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
1261 \fdesc{Scrive a partire da una posizione sul file.}
1264 {La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e $-1$ per un
1265 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
1266 \func{write} e \func{lseek}.}
1269 \noindent per questa funzione valgono le stesse considerazioni fatte per
1270 \func{pread}, a cui si aggiunge il fatto che su Linux, a differenza di quanto
1271 previsto dallo standard POSIX che richiederebbe di ignorarlo, se si è aperto
1272 il file con \const{O\_APPEND} i dati saranno comunque scritti in coda al file,
1273 ignorando il valore di \param{offset}.
1276 \section{Caratteristiche avanzate}
1277 \label{sec:file_adv_func}
1279 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
1280 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
1281 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
1282 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
1283 dell'argomento sarà comunque affrontato nel cap.~\ref{cha:file_advanced}).
1286 \subsection{La gestione dell'accesso concorrente ai files}
1287 \label{sec:file_shared_access}
1289 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
1290 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
1291 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
1292 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
1293 confronti dell'accesso concorrente allo stesso file da parte di processi
1296 \begin{figure}[!htb]
1298 \includegraphics[width=11cm]{img/filemultacc}
1299 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
1301 \label{fig:file_mult_acc}
1304 Il primo caso è quello in cui due processi indipendenti aprono lo stesso file
1305 su disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
1306 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
1307 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
1308 diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci
1309 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso \textit{inode}
1312 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
1313 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
1314 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
1315 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
1316 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
1318 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente, dopo ciascuna
1319 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo
1320 scrivente. Se la scrittura eccede la dimensione corrente del file questo
1321 verrà esteso automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
1322 della struttura \kstruct{inode}.
1323 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
1324 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
1325 dimensione corrente del file letta dalla struttura \kstruct{inode}. Dopo la
1326 scrittura il file viene automaticamente esteso. Questa operazione avviene
1327 atomicamente, ogni altro processo che usi \const{O\_APPEND} vedrà la
1328 dimensione estesa e continuerà a scrivere in coda al file.
1329 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
1330 \var{f\_pos} nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, non
1331 c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
1332 fine del file la posizione viene impostata leggendo la attuale dimensione
1333 corrente dalla struttura \kstruct{inode}.
1336 \begin{figure}[!htb]
1338 \includegraphics[width=11cm]{img/fileshar}
1339 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
1340 \label{fig:file_acc_child}
1343 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
1344 puntano alla stessa voce nella \textit{file table}. Questo è ad esempio il
1345 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
1346 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
1347 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
1348 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
1349 una copia di \kstruct{file\_struct} e della relativa tabella dei file aperti.
1351 Questo significa che il figlio avrà gli stessi file aperti del padre in
1352 quanto la sua \kstruct{file\_struct}, pur essendo allocata in maniera
1353 indipendente, contiene gli stessi valori di quella del padre e quindi i suoi
1354 file descriptor faranno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
1355 table}, condividendo così la posizione corrente sul file. Questo ha le
1356 conseguenze descritte a suo tempo in sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di
1357 scrittura o lettura da parte di uno dei due processi, la posizione corrente
1358 nel file varierà per entrambi, in quanto verrà modificato il campo
1359 \var{f\_pos} della struttura \kstruct{file}, che è la stessa per
1360 entrambi. Questo consente una sorta di ``\textsl{sincronizzazione}''
1361 automatica della posizione sul file fra padre e figlio che occorre tenere
1364 Si noti inoltre che in questo caso anche i flag di stato del file, essendo
1365 mantenuti nella struttura \kstruct{file} della \textit{file table}, vengono
1366 condivisi, per cui una modifica degli stessi con \func{fcntl} (vedi
1367 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) si applicherebbe a tutti processi che
1368 condividono la voce nella \textit{file table}. Ai file però sono associati
1369 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \constd{FD\_CLOEXEC},
1370 detti \itindex{file~descriptor~flags} \textit{file descriptor flags}; questi
1371 invece sono mantenuti in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono locali per
1372 ciascun processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in
1373 caso di condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
1375 Si tenga presente dunque che in un sistema unix-like è sempre possibile per
1376 più processi accedere in contemporanea allo stesso file e che non esistono, a
1377 differenza di altri sistemi operativi, dei meccanismi di blocco o di
1378 restrizione dell'accesso impliciti quando più processi vogliono accedere allo
1379 stesso file. Questo significa che le operazioni di lettura e scrittura vengono
1380 sempre fatte da ogni processo in maniera indipendente, utilizzando una
1381 posizione corrente nel file che normalmente, a meno di non trovarsi nella
1382 situazione di fig.~\ref{fig:file_acc_child}, è locale a ciascuno di essi.
1384 Dal punto di vista della lettura dei dati questo comporta la possibilità di
1385 poter leggere dati non coerenti in caso di scrittura contemporanea da parte di
1386 un altro processo. Dal punto di vista della scrittura invece si potranno avere
1387 sovrapposizioni imprevedibili quando due processi scrivono nella stessa
1388 sezione di file, dato che ciascuno lo farà in maniera indipendente. Il
1389 sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità di eseguire alcune
1390 operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza utilizzare dei
1391 meccanismi di sincronizzazione espliciti come il \textit{file locking}, che
1392 esamineremo in sez.~\ref{sec:file_locking}.
1394 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
1395 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
1396 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
1397 fine del file con \func{lseek} e poi scrivere con \func{write} può condurre ad
1398 una \textit{race condition}; infatti può succedere che un secondo processo
1399 scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}. In questo
1400 caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il primo processo,
1401 avrà una posizione corrente che aveva impostato con \func{lseek} che non
1402 corrisponde più alla fine del file, e la sua successiva \func{write}
1403 sovrascriverà i dati del secondo processo.
1405 Il problema deriva dal fatto che usare due \textit{system call} in successione
1406 non è mai un'operazione atomica dato che il kernel può interrompere
1407 l'esecuzione del processo fra le due. Nel caso specifico il problema è stato
1408 risolto introducendo la modalità di scrittura in \textit{append}, attivabile
1409 con il flag \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo illustrato
1410 in sez.~\ref{sec:file_open_close}, è il kernel che aggiorna automaticamente la
1411 posizione alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende
1412 il file. Tutto questo avviene all'interno di una singola \textit{system
1413 call}, la \func{write}, che non essendo interrompibile da un altro processo
1414 realizza un'operazione atomica.
1417 \subsection{La duplicazione dei file descriptor}
1418 \label{sec:file_dup}
1420 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} come un processo figlio
1421 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
1422 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo con la cosiddetta
1423 \textit{duplicazione} di un file descriptor. Per far questo si usa la funzione
1424 di sistema \funcd{dup}, il cui prototipo è:
1428 \fdecl{int dup(int oldfd)}
1429 \fdesc{Crea un file descriptor duplicato.}
1432 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1433 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1435 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
1436 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1437 descriptor aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
1442 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
1443 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
1444 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
1445 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}. L'effetto della funzione è
1446 semplicemente quello di copiare il valore di un certo file descriptor in
1447 un altro all'interno della struttura \kstruct{file\_struct}, cosicché anche
1448 questo faccia riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}. Per
1449 questo motivo si dice che il nuovo file descriptor è ``\textsl{duplicato}'',
1450 da cui il nome della funzione.
1452 \begin{figure}[!htb]
1453 \centering \includegraphics[width=11cm]{img/filedup}
1454 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1455 \label{fig:file_dup}
1458 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1459 duplicati condivideranno eventuali lock (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), i
1460 flag di stato, e la posizione corrente sul file. Se ad esempio si esegue una
1461 \func{lseek} per modificare la posizione su uno dei due file descriptor, essa
1462 risulterà modificata anche sull'altro, dato che quello che viene modificato è
1463 lo stesso campo nella voce della \textit{file table} a cui entrambi fanno
1466 L'unica differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà un
1467 suo \textit{file descriptor flag} indipendente. A questo proposito deve essere
1468 tenuto presente che nel caso in cui si usi \func{dup} per duplicare un file
1469 descriptor, se questo ha il flag di \textit{close-on-exec} attivo (vedi
1470 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), questo verrà
1471 cancellato nel file descriptor restituito come copia.
1473 L'uso principale di questa funzione è nella shell per la redirezione dei file
1474 standard di tab.~\ref{tab:file_std_files} fra l'esecuzione di una \func{fork}
1475 e la successiva \func{exec}. Diventa così possibile associare un file (o una
1476 \textit{pipe}) allo \textit{standard input} o allo \textit{standard output}
1477 (vedremo un esempio in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, quando tratteremo le
1480 Ci si può chiedere perché non sia in questo caso sufficiente chiudere il file
1481 standard che si vuole redirigere e poi aprire direttamente con \func{open} il
1482 file vi si vuole far corrispondere, invece di duplicare un file descriptor che
1483 si è già aperto. La risposta sta nel fatto che il file che si vuole redirigere
1484 non è detto sia un file regolare, ma potrebbe essere, come accennato, anche
1485 una \textit{fifo} o un socket, oppure potrebbe essere un file associato ad un
1486 file descriptor che si è ereditato già aperto (ad esempio attraverso una
1487 \func{exec}) da un processo antenato del padre, del quale non si conosce il
1488 nome. Operando direttamente con i file descriptor \func{dup} consente di
1489 ignorare le origini del file descriptor che si duplica e funziona in maniera
1490 generica indipendentemente dall'oggetto a cui questo fa riferimento.
1492 Per ottenere la redirezione occorre pertanto disporre del file descriptor
1493 associato al file che si vuole usare e chiudere il file descriptor che si
1494 vuole sostituire, cosicché esso possa esser restituito alla successiva
1495 chiamata di \func{dup} come primo file descriptor disponibile. Dato che
1496 questa è l'operazione più comune, è prevista un'altra funzione di sistema,
1497 \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual è il numero di
1498 file descriptor che si vuole ottenere come duplicato; il suo prototipo è:
1502 \fdecl{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1503 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1506 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1507 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1509 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1510 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1511 \item[\errcode{EBUSY}] si è rilevata la possibilità di una \textit{race
1513 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1514 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1520 La funzione duplica il file descriptor \param{oldfd} su un altro file
1521 descriptor di valore \param{newfd}. Qualora il file descriptor \param{newfd}
1522 sia già aperto, come avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei
1523 file standard di tab.~\ref{tab:file_std_files}, esso sarà prima chiuso e poi
1524 duplicato. Se \param{newfd} è uguale a \param{oldfd} la funzione non fa nulla
1525 e si limita a restituire \param{newfd}.
1527 L'uso di \func{dup2} ha vari vantaggi rispetto alla combinazione di
1528 \func{close} e \func{dup}; anzitutto se \param{oldfd} è uguale \param{newfd}
1529 questo verrebbe chiuso e \func{dup} fallirebbe, ma soprattutto l'operazione è
1530 atomica e consente di evitare una \textit{race condition} in cui dopo la
1531 chiusura del file si potrebbe avere la ricezione di un segnale il cui gestore
1532 (vedi sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}) potrebbe a sua volta aprire un file,
1533 per cui alla fine \func{dup} restituirebbe un file descriptor diverso da
1536 Con Linux inoltre la funzione prevede la possibilità di restituire l'errore
1537 \errcode{EBUSY}, che non è previsto dallo standard, quando viene rilevata la
1538 possibilità di una \textit{race condition} interna in cui si cerca di
1539 duplicare un file descriptor che è stato allocato ma per il quale non sono
1540 state completate le operazioni di apertura.\footnote{la condizione è
1541 abbastanza peculiare e non attinente al tipo di utilizzo indicato, quanto
1542 piuttosto ad un eventuale tentativo di duplicare file descriptor non ancora
1543 aperti, la condizione di errore non è prevista dallo standard, ma in
1544 condizioni simili FreeBSD risponde con un errore di \errval{EBADF}, mentre
1545 OpenBSD elimina la possibilità di una \textit{race condition} al costo di
1546 una perdita di prestazioni.} In tal caso occorre ritentare l'operazione.
1548 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1549 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1550 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.
1551 L'operazione ha la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
1552 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
1553 differenza fra le due funzioni (a parte la sintassi ed i diversi codici di
1554 errore) è che \func{dup2} chiude il file descriptor \param{newfd} se questo è
1555 già aperto, garantendo che la duplicazione sia effettuata esattamente su di
1556 esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo file descriptor libero di
1557 valore uguale o maggiore di \param{newfd}, per cui se \param{newfd} è aperto
1558 la duplicazione avverrà su un altro file descriptor.
1560 Su Linux inoltre è presente una terza funzione di sistema non
1561 standard,\footnote{la funzione è stata introdotta con il kernel 2.6.27 e resa
1562 disponibile con la \acr{glibc} 2.9.} \funcd{dup3}, che consente di duplicare
1563 un file descriptor reimpostandone i flag, per usarla occorre definire la macro
1564 \macro{\_GNU\_SOURCE} ed il suo prototipo è:
1568 \fdecl{int dup3(int oldfd, int newfd, int flags)}
1569 \fdesc{Duplica un file descriptor su un altro.}
1572 {La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ per
1573 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di
1574 \func{dup2} più \errcode{EINVAL} qualora \param{flags} contenga un valore
1575 non valido o \param{newfd} sia uguale a \param{oldfd}.
1579 La funzione è identica a \func{dup2} ma prevede la possibilità di mantenere il
1580 flag di \textit{close-on-exec} sul nuovo file descriptor specificando
1581 \const{O\_CLOEXEC} in \param{flags} (che è l'unico flag usabile in questo
1582 caso). Inoltre rileva esplicitamente la possibile coincidenza
1583 fra \param{newfd} e \param{oldfd}, fallendo con un errore di \errval{EINVAL}.
1586 \subsection{Le funzioni di sincronizzazione dei dati}
1587 \label{sec:file_sync}
1589 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} tutte le operazioni di
1590 scrittura sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle
1591 in maniera asincrona per ottimizzarle, ad esempio accorpando gli accessi alla
1592 stessa zona del disco in un secondo tempo rispetto al momento della esecuzione
1595 Per questo motivo quando è necessaria una sincronizzazione immediata dei dati
1596 il sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
1597 scarico dei dati dai buffer del kernel. La prima di queste funzioni di
1598 sistema è \funcd{sync}, il cui prototipo è:\footnote{questo è il prototipo
1599 usato a partire dalla \acr{glibc} 2.2.2 seguendo gli standard, in precedenza
1600 la funzione era definita come \code{int sync(void)} e ritornava sempre $0$.}
1604 \fdecl{void sync(void)}
1605 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.}
1608 {La funzione non ritorna nulla e non prevede condizioni di errore.}
1611 I vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire le
1612 operazioni ritornando immediatamente, con Linux invece, fin dal kernel 1.3.20,
1613 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione. Si
1614 tenga presente comunque che questo non dà la garanzia assoluta che i dati
1615 siano integri dopo la chiamata, l'hardware dei dischi è in genere dotato di un
1616 suo meccanismo interno di bufferizzazione che a sua volta può ritardare
1617 ulteriormente la scrittura effettiva.
1619 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
1620 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, un tempo era invocata da un
1621 apposito demone di sistema (in genere chiamato \cmd{update}) che eseguiva lo
1622 scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi. Con le nuove versioni del
1623 kernel queste operazioni vengono gestite direttamente dal sistema della
1624 memoria virtuale, attraverso opportuni \textit{task} interni al kernel. Nei
1625 kernel recenti questo comportamento può essere controllato con l'uso dei vari
1626 file \texttt{dirty\_*} in \sysctlfiled{vm/}.\footnote{si consulti la
1627 documentazione allegata ai sorgenti del kernel nel file
1628 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}, trattandosi di argomenti di natura
1629 sistemistica non li prenderemo in esame.}
1631 Si tenga presente che la funzione di sistema \funcm{bdflush}, che un tempo
1632 veniva usata per controllare lo scaricamento dei dati, è deprecata a partire
1633 dal kernel 2.6 e causa semplicemente la stampa di un messaggio nei log del
1634 kernel, e non è più presente dalle \acr{glibc} 2.23, pertanto non la
1635 prenderemo in esame.
1637 Quando si vogliano scaricare i dati di un singolo file, ad esempio essere
1638 sicuri che i dati di un database siano stati registrati su disco, si possono
1639 usare le due funzioni di sistema \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui
1644 \fdecl{int fsync(int fd)}
1645 \fdesc{Sincronizza dati e metadati di un file.}
1646 \fdecl{int fdatasync(int fd)}
1647 \fdesc{Sincronizza i dati di un file.}
1650 {Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1651 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1653 \item[\errcode{EDQUOT}] si è superata un quota disco durante la
1655 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
1656 sincronizzazione (talvolta anche \errval{EROFS}).
1657 \item[\errcode{EIO}] c'è stato un errore di I/O durante la sincronizzazione,
1658 che in questo caso può derivare anche da scritture sullo stesso file
1659 eseguite su altri file descriptor.
1660 \item[\errcode{ENOSPC}] si è esaurito lo spazio disco durante la
1663 ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.}
1666 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
1667 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni. La
1668 prima, \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file,
1669 che riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che
1670 gli altri dati contenuti nell'\textit{inode} che si leggono con \func{fstat},
1671 come i tempi del file. Se lo scopo dell'operazione, come avviene spesso per i
1672 database, è assicurarsi che i dati raggiungano il disco e siano rileggibili
1673 immediatamente in maniera corretta, è sufficiente l'uso di \func{fdatasync}
1674 che evita le scritture non necessarie per avere l'integrità dei dati, come
1675 l'aggiornamento dei tempi di ultima modifica ed ultimo accesso.
1677 Si tenga presente che l'uso di queste funzioni non comporta la
1678 sincronizzazione della directory che contiene il file e la scrittura della
1679 relativa voce su disco, che se necessaria deve essere effettuata
1680 esplicitamente con \func{fsync} sul file descriptor della
1681 directory.\footnote{in realtà per il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta
1682 con l'opzione \cmd{sync}, il kernel provvede anche alla sincronizzazione
1683 automatica delle voci delle directory.}
1685 La funzione può restituire anche \errval{ENOSPC} e \errval{EDQUOT} per quei
1686 casi in cui l'allocazione dello spazio disco non viene effettuata
1687 all'esecuzione di una \func{write} (come NFS o altri filesystem di rete) per
1688 cui l'errore viene rilevato quando la scrittura viene effettivamente
1691 L'uso di \func{sync} può causare, quando ci sono più filesystem montati,
1692 problemi di prestazioni dovuti al fatto che effettua la sincronizzazione dei
1693 dati su tutti i filesystem, anche quando sarebbe sufficiente eseguirla
1694 soltanto su quello dei file su cui si sta lavorando; quando i dati in attesa
1695 sono molti questo può causare una alta attività di I/O ed i relativi problemi
1698 Per questo motivo è stata introdotta una nuova funzione di sistema,
1699 \funcd{syncfs},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal kernel
1700 2.6.39 ed è accessibile solo se è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}, è
1701 specifica di Linux e non prevista da nessuno standard.} che effettua lo
1702 scarico dei dati soltanto per il filesystem su cui si sta operando, il suo
1707 \fdecl{int syncfs(int fd)}
1708 \fdesc{Sincronizza il buffer della cache dei file del singolo filesystem col
1712 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1713 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1715 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
1720 La funzione richiede che si specifichi nell'argomento \param{fd} un file
1721 descriptor su cui si sta operando, e la registrazione immediata dei dati sarà
1722 limitata al filesystem su cui il file ad esso corrispondente si trova.
1725 \subsection{Le \textit{at-functions}: \func{openat} e le altre}
1726 \label{sec:file_openat}
1728 \itindbeg{at-functions}
1730 Un problema generico che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così
1731 come con le altre funzioni che prendono come argomenti dei \textit{pathname},
1732 è la possibilità, quando si usa un \textit{pathname} che non fa riferimento
1733 diretto ad un file posto nella directory di lavoro corrente, che alcuni dei
1734 componenti dello stesso vengano modificati in parallelo alla chiamata a
1735 \func{open}, cosa che lascia aperta la possibilità di una \textit{race
1736 condition} in cui c'è spazio per un \textit{symlink attack} (si ricordi
1737 quanto visto per \func{access} in sez.~\ref{sec:file_perm_management})
1738 cambiando una delle directory sovrastanti il file fra un controllo e la
1739 successiva apertura.
1741 Inoltre, come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1742 associata al singolo processo; questo significa che quando si lavora con i
1743 \textit{thread} questa è la stessa per tutti, per cui se la si cambia
1744 all'interno di un \textit{thread} il cambiamento varrà anche per tutti gli
1745 altri. Non esiste quindi con le funzioni classiche un modo semplice per far sì
1746 che i singoli \textit{thread} possano aprire file usando una propria directory
1747 per risolvere i \textit{pathname} relativi.
1749 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1750 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1751 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1752 funzioni di sistema, chiamate genericamente ``\textit{at-functions}'' in
1753 quanto usualmente contraddistinte dal suffisso \texttt{at}, che permettono
1754 l'apertura di un file (o le rispettive altre operazioni) usando un
1755 \textit{pathname} relativo ad una directory
1756 specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su proposta dello sviluppatore
1757 principale della \acr{glibc} Urlich Drepper e le corrispondenti
1758 \textit{system call} sono state inserite nel kernel a partire dalla versione
1759 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione che, sia pure con
1760 prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso del filesystem
1761 \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il riferimento a
1762 \textit{pathname} del tipo di \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.}
1763 Essendo accomunate dalla stessa interfaccia le tratteremo insieme in questa
1764 sezione pur non essendo strettamente attinenti l'I/O su file.
1767 Benché queste funzioni non siano presenti negli standard tradizionali esse
1768 sono state adottate da altri sistemi unix-like come Solaris, i vari BSD, fino
1769 ad essere incluse in una recente revisione dello standard POSIX.1 (la
1770 POSIX.1-2008). Con la \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario
1771 definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE} (comunque attiva di default).
1773 L'uso di queste funzioni richiede una apertura preliminare della directory che
1774 si intende usare come base per la risoluzione dei \textit{pathname} relativi
1775 (ad esempio usando \func{open} con il flag \const{O\_PATH} visto in
1776 sez.~\ref{sec:file_open_close}) per ottenere un file descriptor che dovrà
1777 essere passato alle stesse. Tutte queste funzioni infatti prevedono la
1778 presenza un apposito argomento, in genere il primo, che negli esempi seguenti
1779 chiameremo sempre \param{dirfd}.
1781 In questo modo, una volta aperta la directory di partenza, si potranno
1782 effettuare controlli ed aperture solo con \textit{pathname} relativi alla
1783 stessa, e tutte le \textit{race condition} dovute al possibile cambiamento di
1784 uno dei componenti posti al di sopra della stessa cesseranno di esistere.
1785 Inoltre, pur restando la directory di lavoro una proprietà comune del
1786 processo, si potranno usare queste funzioni quando si lavora con i
1787 \textit{thread} per eseguire la risoluzione dei \textit{pathname} relativi ed
1788 avere una directory di partenza diversa in ciascuno di essi.
1790 Questo metodo consente inoltre di ottenere aumenti di prestazioni
1791 significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni
1792 dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto
1793 profonde. Infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del
1794 \textit{pathname} di una qualunque directory di partenza una sola volta
1795 (nell'apertura iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun
1796 file che essa contiene. Infine poter identificare una directory di partenza
1797 tramite il suo file descriptor consente di avere un riferimento stabile alla
1798 stessa anche qualora venisse rinominata, e tiene occupato il filesystem dove
1799 si trova, come per la directory di lavoro di un processo.
1801 La sintassi generica di queste nuove funzioni prevede l'utilizzo come primo
1802 argomento del file descriptor della directory da usare come base per la
1803 risoluzione dei nomi, mentre gli argomenti successivi restano identici a
1804 quelli della corrispondente funzione ordinaria. Come esempio prendiamo in
1805 esame la nuova funzione di sistema \funcd{openat}, il cui prototipo è:
1809 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1810 \fdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
1811 \fdesc{Apre un file a partire da una directory di lavoro.}
1814 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1815 \func{open}, ed in più:
1817 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1818 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1819 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1824 Il comportamento di \func{openat} è del tutto analogo a quello di \func{open},
1825 con la sola eccezione del fatto che se per l'argomento \param{pathname} si
1826 utilizza un \textit{pathname} relativo questo sarà risolto rispetto alla
1827 directory indicata da \param{dirfd}; qualora invece si usi un
1828 \textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine
1829 se per \param{dirfd} si usa il valore speciale \constd{AT\_FDCWD} la
1830 risoluzione sarà effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del
1831 processo. Questa, come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in
1832 \headfile{fcntl.h}, per cui per usarla occorrerà includere comunque questo
1833 file, anche per le funzioni che non sono definite in esso.
1835 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1836 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1837 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1838 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1839 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa
1840 riferimento ad una directory, tranne il caso in cui si sia specificato un
1841 \textit{pathname} assoluto, nel qual caso, come detto, il valore di
1842 \param{dirfd} sarà completamente ignorato.
1847 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
1849 \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\
1852 \func{execveat} &$\bullet$&\func{execve} \\
1853 \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\
1854 \func{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\
1855 \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\
1856 \func{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\
1857 \funcm{futimesat}& -- & obsoleta \\
1858 \func{linkat} &$\bullet$&\func{link} \\
1859 \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\
1860 \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\
1861 \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\
1862 \func{openat} & -- &\func{open} \\
1863 \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\
1864 \func{renameat} & -- &\func{rename} \\
1865 \func{renameat2}\footnotemark& -- &\func{rename} \\
1866 \funcm{scandirat}& -- &\func{scandir} \\
1867 \func{statx} &$\bullet$&\func{stat} \\
1868 \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\
1869 \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\
1870 \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\
1873 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1874 corrispettive funzioni classiche.}
1875 \label{tab:file_atfunc_corr}
1878 \footnotetext{anche se la funzione ha un argomento \param{flags} questo
1879 attiene a funzionalità specifiche della stessa e non all'uso generico fatto
1880 nelle altre \textit{at-functions}, pertanto lo si è indicato come assente.}
1882 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1883 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1884 classica. Tutte seguono la convenzione appena vista per \func{openat}, in cui
1885 agli argomenti della funzione classica viene anteposto l'argomento
1886 \param{dirfd}. Per alcune, indicate dal contenuto della omonima colonna di
1887 tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è prevista
1888 anche l'aggiunta di un argomento finale, \param{flags}, che è stato introdotto
1889 per fornire un meccanismo con cui modificarne il comportamento.
1891 Per tutte quelle che non hanno un argomento aggiuntivo il comportamento è
1892 identico alla corrispondente funzione ordinaria, pertanto non le tratteremo
1893 esplicitamente, vale per loro quanto detto con \func{openat} per l'uso del
1894 nuovo argomento \param{dirfd}. Tratteremo invece esplicitamente tutte quelle
1895 per cui l'argomento è presente, in quanto il loro comportamento viene
1896 modificato a seconda del valore assegnato a \param{flags}; questo deve essere
1897 passato come maschera binaria con una opportuna combinazione delle costanti
1898 elencate in tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values}, in quanto sono
1899 possibili diversi valori a seconda della funzione usata.
1904 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1906 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
1909 \constd{AT\_EMPTY\_PATH} & Usato per operare direttamente (specificando
1910 una stringa vuota per il \texttt{pathname})
1911 sul file descriptor \param{dirfd} che in
1912 questo caso può essere un file qualunque.\\
1913 \constd{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}& Se impostato la funzione non esegue la
1914 dereferenziazione dei collegamenti
1917 \constd{AT\_EACCES} & Usato solo da \func{faccessat}, richiede che
1918 il controllo dei permessi sia fatto usando
1919 l'\ids{UID} effettivo invece di quello
1921 \constd{AT\_NO\_AUTOMOUNT} & Usato solo da \func{fstatat} e \func{statx},
1922 evita il montaggio automatico qualora
1923 \param{pathname} faccia riferimento ad una
1924 directory marcata per
1925 l'\textit{automount}\footnotemark
1926 (dal kernel 2.6.38).\\
1927 \constd{AT\_REMOVEDIR} & Usato solo da \func{unlinkat}, richiede che
1928 la funzione si comporti come \func{rmdir}
1929 invece che come \func{unlink}.\\
1930 \constd{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}& Usato solo da \func{linkat}, se impostato la
1931 funzione esegue la dereferenziazione dei
1932 collegamenti simbolici.\\
1935 \caption{Le costanti utilizzate per i bit dell'argomento aggiuntivo
1936 \param{flags} delle \textit{at-functions}, definite in
1937 \headfile{fcntl.h}.}
1938 \label{tab:at-functions_constant_values}
1941 \footnotetext{si tratta di una funzionalità fornita dal kernel che consente di
1942 montare automaticamente una directory quando si accede ad un
1943 \textit{pathname} al di sotto di essa, per i dettagli, più di natura
1944 sistemistica, si può consultare sez.~5.1.6 di \cite{AGL}.}
1946 Si tenga presente che non tutte le funzioni che prevedono l'argomento
1947 aggiuntivo sono \textit{system call}, ad esempio \func{faccessat} e
1948 \func{fchmodat} sono realizzate con dei \textit{wrapper} nella \acr{glibc} per
1949 aderenza allo standard POSIX.1-2008, dato che la \textit{system call}
1950 sottostante non prevede l'argomento \param{flags}.
1952 In tab.~\ref{tab:at-functions_constant_values} si sono elencati i valori
1953 utilizzabili per i flag (tranne quelli specifici di \func{statx} su cui
1954 torneremo più avanti), mantenendo nella prima parte quelli comuni usati da più
1955 funzioni. Il primo di questi è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, che viene usato
1956 da tutte le funzioni tranne \func{linkat} e \func{unlinkat}, e che consente di
1957 scegliere, quando si sta operando su un collegamento simbolico, se far agire
1958 la funzione direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Si
1959 tenga presente però che per \funcm{fchmodat} questo, che è l'unico flag
1960 consentito e previsto dallo standard, non è attualmente implementato (anche
1961 perché non avrebbe molto senso cambiare i permessi di un link simbolico) e
1962 pertanto l'uso della funzione è analogo a quello delle altre funzioni che non
1963 hanno l'argomento \param{flags} (e non la tratteremo esplicitamente).
1965 L'altro flag comune è \const{AT\_EMPTY\_PATH}, utilizzabile a partire dal
1966 kernel 2.6.39, che consente di usare per \param{dirfd} un file descriptor
1967 associato ad un file qualunque e non necessariamente ad una directory; in
1968 particolare si può usare un file descriptor ottenuto aprendo un file con il
1969 flag \param{O\_PATH} (vedi quanto illustrato a
1970 pag.~\pageref{open_o_path_flag}). Quando si usa questo flag \param{pathname}
1971 deve essere vuoto, da cui il nome della costante, ed in tal caso la funzione
1972 agirà direttamente sul file associato al file descriptor \param{dirfd}.
1974 Una prima funzione di sistema che utilizza l'argomento \param{flag} è
1975 \funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown} che
1976 \func{lchown}; il suo prototipo è:
1981 \fdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t
1983 \fdesc{Modifica il proprietario di un file.}
1986 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
1987 \func{chown}, ed in più:
1989 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1990 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
1991 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
1992 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1997 In questo caso, oltre a quanto già detto per \func{openat} riguardo all'uso di
1998 \param{dirfd}, se si è impostato \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} in
1999 \param{flags}, si indica alla funzione di non eseguire la dereferenziazione di
2000 un eventuale collegamento simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come
2001 \func{lchown} invece che come \func{chown}. La funzione supporta anche l'uso
2002 di \const{AT\_EMPTY\_PATH}, con il significato illustrato in precedenza e non
2005 Una seconda funzione di sistema che utilizza l'argomento \param{flags}, in
2006 questo caso anche per modificare il suo comportamento, è \funcd{faccessat}, ed
2012 \fdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
2013 \fdesc{Controlla i permessi di accesso.}
2016 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2017 \func{access}, ed in più:
2019 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2020 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2021 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2022 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2027 La funzione esegue il controllo di accesso ad un file, e \param{flags}
2028 consente di modificarne il comportamento rispetto a quello ordinario di
2029 \func{access} (cui è analoga, e con cui condivide i problemi di sicurezza
2030 visti in sez.~\ref{sec:file_stat}) usando il valore \const{AT\_EACCES} per
2031 indicare alla funzione di eseguire il controllo dei permessi con l'\ids{UID}
2032 \textsl{effettivo} invece di quello \textsl{reale}. L'unico altro valore
2033 consentito è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, con il significato già spiegato.
2035 Un utilizzo specifico dell'argomento \param{flags} viene fatto anche dalla
2036 funzione di sistema \funcd{unlinkat}, in questo caso l'argomento viene
2037 utilizzato perché tramite esso si può indicare alla funzione di comportarsi
2038 sia come analogo di \func{unlink} che di \func{rmdir}; il suo prototipo è:
2043 \fdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
2044 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
2047 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2048 \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di \param{flags}, ed in
2051 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2052 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2053 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2054 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2059 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
2060 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi
2061 in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
2062 \const{AT\_REMOVEDIR}, essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal caso
2063 \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora risulti
2064 vuota. Non essendo in questo caso prevista la possibilità di usare altri
2065 valori (la funzione non segue comunque i collegamenti simbolici e
2066 \const{AT\_EMPTY\_PATH} non è supportato) anche se \param{flags} è una
2067 maschera binaria, essendo \const{AT\_REMOVEDIR} l'unico flag disponibile per
2068 questa funzione, lo si può assegnare direttamente.
2070 Un'altra funzione di sistema che usa l'argomento \param{flags} è
2071 \func{utimensat}, che però non è una corrispondente esatta delle funzioni
2072 classiche \func{utimes} e \func{lutimes}, in quanto ha una maggiore precisione
2073 nella indicazione dei tempi dei file, per i quali, come per \func{futimens},
2074 si devono usare strutture \struct{timespec} che consentono una precisione fino
2075 al nanosecondo; la funzione è stata introdotta con il kernel
2076 2.6.22,\footnote{in precedenza, a partire dal kernel 2.6.16, era stata
2077 introdotta una \textit{system call} \funcm{futimesat} seguendo una bozza
2078 della revisione dello standard poi modificata; questa funzione, sostituita
2079 da \func{utimensat}, è stata dichiarata obsoleta, non è supportata da
2080 nessuno standard e non deve essere più utilizzata: pertanto non ne
2081 parleremo.} ed il suo prototipo è:
2086 \fdecl{int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct
2087 timespec times[2],\\
2088 \phantom{int utimensat(}int flags)}
2089 \fdesc{Cambia i tempi di un file.}
2092 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
2093 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{utimes}, \func{lutimes} e
2094 \func{futimens} con lo stesso significato ed inoltre:
2096 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è \const{AT\_FDCWD} o un file
2098 \item[\errcode{EFAULT}] \param{dirfd} è \const{AT\_FDCWD} ma
2099 \param{pathname} è \var{NULL} o non è un puntatore valido.
2100 \item[\errcode{EINVAL}] si usato un valore non valido per \param{flags},
2101 oppure \param{pathname} è \var{NULL}, \param{dirfd} non è
2102 \const{AT\_FDCWD} e \param{flags} contiene \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}.
2103 \item[\errcode{ESRCH}] non c'è il permesso di attraversamento per una delle
2104 componenti di \param{pathname}.
2109 La funzione imposta i tempi dei file utilizzando i valori passati nel vettore
2110 di strutture \struct{timespec} ed ha in questo lo stesso comportamento di
2111 \func{futimens}, vista in sez.~\ref{sec:file_file_times}, ma al contrario di
2112 questa può essere applicata anche direttamente ad un file come \func{utimes};
2113 l'unico valore consentito per \param{flags} è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}
2114 che indica alla funzione di non dereferenziare i collegamenti simbolici, cosa
2115 che le permette di riprodurre anche le funzionalità di \func{lutimes} (con una
2116 precisione dei tempi maggiore).
2118 Su Linux solo \func{utimensat} è una \textit{system call} mentre
2119 \func{futimens} è una funzione di libreria, infatti \func{utimensat} ha un
2120 comportamento speciale se \param{pathname} è \var{NULL}, in tal caso
2121 \param{dirfd} viene considerato un file descriptor ordinario e il cambiamento
2122 del tempo viene applicato al file sottostante, qualunque esso sia. Viene cioè
2123 sempre usato il comportamento che per altre funzioni deve essere attivato con
2124 \const{AT\_EMPTY\_PATH} (che non è previsto per questa funzione) per cui
2125 \code{futimens(fd, times}) è del tutto equivalente a \code{utimensat(fd, NULL,
2126 times, 0)}. Si tenga presente che nella \acr{glibc} questo comportamento è
2127 disabilitato, e la funzione, seguendo lo standard POSIX, ritorna un errore di
2128 \errval{EINVAL} se invocata in questo modo.
2130 Come corrispondente di \func{stat}, \func{fstat} e \func{lstat} si può
2131 utilizzare invece la funzione di sistema \funcd{fstatat}, il cui prototipo è:
2136 \fdecl{int fstatat(int dirfd, const char *pathname, struct stat *statbuf, int
2138 \fdesc{Rimuove una voce da una directory.}
2141 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2142 \func{stat}, \func{fstat}, o \func{lstat} a seconda del valore di
2143 \param{flags}, ed in più:
2145 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
2146 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2147 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \textit{pathname} relativo,
2148 ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
2153 La funzione ha lo stesso comportamento delle sue equivalenti classiche, l'uso
2154 di \param{flags} consente di farla comportare come \func{lstat} se si usa
2155 \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, o come \func{fstat} se si usa con
2156 \const{AT\_EMPTY\_PATH} e si passa il file descriptor in \param{dirfd}. Viene
2157 però supportato l'ulteriore valore \const{AT\_NO\_AUTOMOUNT} che qualora
2158 \param{pathname} faccia riferimento ad una directory marcata per
2159 l'\textit{automount} ne evita il montaggio automatico.
2161 Ancora diverso è il caso di \funcd{linkat} anche se in questo caso l'utilizzo
2162 continua ad essere attinente al comportamento con i collegamenti simbolici, il
2167 \fdecl{int linkat(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, \\
2168 \phantom{int linkat(}const char *newpath, int flags)}
2169 \fdesc{Crea un nuovo collegamento diretto (\textit{hard link}).}
2172 {La funzione ritorna gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2173 \func{link}, ed in più:
2175 \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2177 \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido.
2178 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{oldpath} e \param{newpath} sono
2179 \textit{pathname} relativi, ma \param{oldirfd} o \param{newdirfd} fa
2180 riferimento ad un file.
2185 Anche in questo caso la funzione è sostanzialmente identica alla classica
2186 \func{link}, ma dovendo specificare due \textit{pathname} (sorgente e
2187 destinazione) aggiunge a ciascuno di essi un argomento (rispettivamente
2188 \param{olddirfd} e \param{newdirfd}) per poter indicare entrambi come relativi
2189 a due directory aperte in precedenza.
2191 In questo caso dato che su Linux il comportamento di \func{link} è quello di
2192 non seguire mai i collegamenti simbolici, \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW} non
2193 viene utilizzato; a partire dal kernel 2.6.18 è stato aggiunto a questa
2194 funzione la possibilità di usare il valore \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW} per
2195 l'argomento \param{flags},\footnote{nei kernel precendenti, dall'introduzione
2196 nel 2.6.16, l'argomento \param{flags} era presente, ma senza alcun valore
2197 valido, e doveva essere passato sempre con valore nullo.} che richiede di
2198 dereferenziare i collegamenti simbolici, inoltre a partire dal kernel 3.11 si
2199 può usare \const{AT\_EMPTY\_PATH} con il significato illustrato in precedenza.
2201 Altre due funzioni che utilizzano due \textit{pathname} (e due file
2202 descriptor) sono \funcd{renameat} e \funcd{renameat2}, corrispondenti alla
2203 classica \func{rename}; i rispettivi prototipi sono:
2207 \fdecl{int renameat(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, const
2209 \fdecl{int renameat2(int olddirfd, const char *oldpath, int newdirfd, \\
2210 \phantom{int renameat2(}const char *newpath, int flags)}
2211 \fdesc{Rinomina o sposta un file o una directory.}
2214 {La funzioni ritornano gli stessi valori e gli stessi codici di errore di
2215 \func{rename}, ed in più per entrambe:
2217 \item[\errcode{EBADF}] \param{olddirfd} o \param{newdirfd} non sono un file
2219 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{oldpath} e \param{newpath} sono
2220 \textit{pathname} relativi, ma i corrispondenti \param{oldirfd} o
2221 \param{newdirfd} fan riferimento ad un file e non a una directory.
2223 e per \func{renameat2} anche:
2225 \item[\errcode{EEXIST}] si è richiesto \macro{RENAME\_NOREPLACE} ma
2226 \param{newpath} esiste già.
2227 \item[\errcode{EINVAL}] Si è usato un flag non valido in \param{flags}, o si
2228 sono usati insieme a \macro{RENAME\_EXCHANGE} o \macro{RENAME\_NOREPLACE}
2229 o \macro{RENAME\_WHITEOUT}, o non c'è il supporto nel filesystem per una
2230 delle operazioni richieste in \param{flags}.
2231 \item[\errcode{ENOENT}] si è richiesto \macro{RENAME\_EXCHANGE} e
2232 \param{newpath} non esiste.
2233 \item[\errcode{EPERM}] si è richiesto \macro{RENAME\_WHITEOUT} ma il
2234 chiamante non ha i privilegi di amministratore.
2239 In realtà la corrispondente di \func{rename}, prevista dallo standard
2240 POSIX.1-2008 e disponibile dal kernel 2.6.16 come le altre
2241 \textit{at-functions}, sarebbe soltanti \func{renameat}, su Linux però, a
2242 partire dal kernel dal 3.15, questa è stata realizzata in termini della nuova
2243 funzione di sistema \func{renameat2} che prevede l'uso dell'argomento
2244 aggiuntivo \param{flags}; in questo caso \func{renameat} è totalmente
2245 equivalente all'utilizzo di \func{renamat2} con un valore nullo per
2248 L'uso di \func{renameat} è identico a quello di \func{rename}, con le solite
2249 note relativie alle estensioni delle \textit{at-functions}, applicate ad
2250 entrambi i \textit{pathname} passati come argomenti alla funzione. Con
2251 \func{renameat2} l'introduzione dell'argomento \func{flags} (i cui valori
2252 possibili sono riportati in tab.~\ref{tab:renameat2_flag_values}) ha permesso
2253 di aggiungere alcune funzionalità non previste al momento da nessuno standard,
2254 e specifiche di Linux. Si tenga conto che questa funzione di sistema non viene
2255 definita nella \acr{glibc} per cui deve essere chiamata utilizzando
2256 \func{syscall} come illustrato in sez.~\ref{sec:intro_syscall}.
2261 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2263 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
2266 \const{RENAME\_EXCHANGE} & richiede uno scambio di nomi fra
2267 \param{oldpath} e \param{newpath}, non è
2268 usabile con \const{RENAME\_NOREPLACE}.\\
2269 \const{RENAME\_NOREPLACE}& non sovrascrive \param{newpath} se questo
2270 esiste dando un errore.\\
2271 \const{RENAME\_WHITEOUT} & crea un oggetto di \textit{whiteout}
2272 contestualmente al cambio di nome
2273 (disponibile a partire dal kernel 3.18).\\
2276 \caption{I valori specifici dei bit dell'argomento \param{flags} per l'uso
2277 con \func{renameat2}.}
2278 \label{tab:renameat2_flag_values}
2281 L'uso dell'argomento \param{flags} in questo caso non attiene alle
2282 funzionalità relative alla \textit{at-functions}, ma consente di estendere le
2283 funzionalità di \func{rename}. In particolare \func{renameat2} consente di
2284 eseguire uno scambio di nomi in maniera atomica usando il flag
2285 \constd{RENAME\_EXCHANGE}; quando viene specificato la funzione non solo
2286 rinomina \param{oldpath} in \param{newpath}, ma rinomina anche, senza dover
2287 effettuare un passaggio intermedio, \param{newpath} in \param{oldpath}. Quando
2288 si usa questo flag, entrambi i \textit{pathname} passati come argomenti alla
2289 funzione devono esistere, e non è possibile usare \const{RENAME\_NOREPLACE},
2290 non ci sono infine restrizioni sul tipo dei file (regolari, directory, link
2291 simbolici, ecc.) di cui si scambia il nome.
2293 Il flag \constd{RENAME\_NOREPLACE} consente di richiedere la generazione di un
2294 errore nei casi in cui \func{rename} avrebbe causato una sovrascrittura della
2295 destinazione, rendendo possibile evitare la stessa in maniera atomica; un
2296 controllo preventivo dell'esistenza del file infatti avrebbe aperto alla
2297 possibilità di una \textit{race condition} fra il momento del controllo e
2298 quella del cambio di nome.
2300 \itindbeg{overlay~filesytem}
2301 \itindbeg{union~filesytem}
2303 Infine il flag \constd{RENAME\_WHITEOUT}, introdotto con il kernel 3.18,
2304 richiede un approfomdimento specifico, in quanto attiene all'uso della
2305 funzione con dei filesystem di tipo \textit{overlay}/\textit{union}, dato che
2306 il flag ha senso solo quando applicato a file che stanno su questo tipo di
2309 Un \textit{overlay} o \texttt{union filesystem} è un filesystem speciale
2310 strutturato in livelli, in cui si rende scrivibile un filesystem accessibile
2311 in sola lettura, \textsl{sovrapponendogli} un filesystem scrivibile su cui
2312 vanno tutte le modifiche. Un tale tipo di filesystem serve ad esempio a
2313 rendere scrivibili i dati processati quando si fa partire una distribuzione
2314 \textit{Live} basata su CD o DVD, ad esempio usando una chiavetta o uno spazio
2317 In questo caso quando si rinomina un file che sta nello strato in sola lettura
2318 quello che succede è questo viene copiato a destinazione sulla parte
2319 accessibile in scrittura, ma l'originale non può essere cancellato.
2321 \itindend{overlay~filesytem}
2322 \itindend{union~filesytem}
2326 % TODO trattare anche statx, aggiunta con il kernel 4.11 (vedi
2327 % https://lwn.net/Articles/707602/ e
2328 % https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=a528d35e8bfcc521d7cb70aaf03e1bd296c8493f)
2330 % TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione
2331 % altre modifiche al riguardo nel 3.11 (AT_EMPTY_PATH?) vedi
2332 % http://lwn.net/Articles/562488/
2334 % TODO: Trattare esempio di inzializzazione di file e successivo collegamento
2335 % con l'uso di O_TMPFILE e linkat, vedi man open
2337 % TODO: manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto
2338 % inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi
2339 % http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf
2340 % TODO manca prototipo di execveat, introdotta nel 3.19, vedi
2341 % https://lwn.net/Articles/626150/ cerca anche fexecve
2342 % TODO: manca prototipo e motivazione di execveat, vedi
2343 % http://man7.org/linux/man-pages/man2/execveat.2.html
2345 % TODO manca prototipo di renameat2, introdotta nel 3.15, vedi
2346 % http://lwn.net/Articles/569134/
2349 % TODO: trattare i nuovi AT_flags quando e se arriveranno, vedi
2350 % https://lwn.net/Articles/767547/
2354 \itindend{at-functions}
2357 \subsection{Le operazioni di controllo}
2358 \label{sec:file_fcntl_ioctl}
2360 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}
2361 esistono tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su
2362 un file descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati,
2363 ma la gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
2364 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.
2366 % TODO: trattare qui i file seal
2368 Per le operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
2369 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione di sistema
2370 \funcd{fcntl},\footnote{ad esempio si gestiscono con questa funzione varie
2371 modalità di I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e
2372 il \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} il cui
2378 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
2379 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
2380 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
2381 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct f\_owner\_ex * owner)}
2382 \fdesc{Esegue una operazione di controllo sul file.}
2385 {La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione richiesta
2386 in caso di successo mentre ritorna sempre $-1$ per un errore, nel qual caso
2387 \var{errno} assumerà valori diversi che dipendono dal tipo di operazione,
2388 l'unico valido in generale è:
2390 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
2395 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
2396 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
2397 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
2398 aggiuntivi, sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in
2399 sostanza corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}. A
2400 seconda del comando specificato il terzo argomento può essere assente (ma se
2401 specificato verrà ignorato), può assumere un valore intero di tipo
2402 \ctyp{long}, o essere un puntatore ad una struttura \struct{flock}.
2404 In sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di
2405 \func{fcntl} per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i
2406 possibili valori per \var{cmd}, e del relativo significato, dei codici di
2407 errore restituiti e del tipo del terzo argomento (cui faremo riferimento con
2408 il nome indicato nel precedente prototipo), è riportata di seguito:
2409 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.8cm}}
2410 \item[\constd{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
2411 maggiore o uguale ad \param{arg}, e ne fa un duplicato
2412 di \param{fd}, ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$
2413 in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2414 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
2415 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
2416 descrittori consentito.
2418 \itindbeg{close-on-exec}
2420 \item[\constd{F\_DUPFD\_CLOEXEC}] ha lo stesso effetto di \const{F\_DUPFD}, ma
2421 in più attiva il flag di \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2422 duplicato, in modo da evitare una successiva chiamata con
2423 \const{F\_SETFD}. La funzionalità è stata introdotta con il kernel 2.6.24 ed
2424 è prevista nello standard POSIX.1-2008 (si deve perciò definire
2425 \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad un valore adeguato secondo quanto visto in
2426 sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}).
2428 \item[\constd{F\_GETFD}] restituisce il valore dei \textit{file descriptor
2429 flags} di \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il
2430 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2431 \errval{EBADF}. Al momento l'unico flag usato è quello di
2432 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC}, che
2433 serve a richiedere che il file venga chiuso nella esecuzione di una
2434 \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Un valore nullo significa
2435 pertanto che il flag non è impostato.
2437 \item[\constd{F\_SETFD}] imposta il valore dei \textit{file descriptor flags}
2438 al valore specificato con \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2439 successo e $-1$ in caso di errore. Non sono previsti errori diversi da
2440 \errval{EBADF}. Dato che l'unico flag attualmente usato è quello di
2441 \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante \const{FD\_CLOEXEC},
2442 tutti gli altri bit di \param{arg}, anche se impostati, vengono
2443 ignorati.\footnote{questo almeno è quanto avviene fino al kernel 3.2, come
2444 si può evincere dal codice della funzione \texttt{do\_fcntl} nel file
2445 \texttt{fs/fcntl.c} dei sorgenti del kernel.}
2446 \itindend{close-on-exec}
2448 \item[\constd{F\_GETFL}] ritorna il valore dei \textit{file status flags} di
2449 \param{fd} in caso di successo o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento
2450 viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}. Il
2451 comando permette di rileggere il valore di quei bit
2452 dell'argomento \param{flags} di \func{open} che vengono memorizzati nella
2453 relativa voce della \textit{file table} all'apertura del file, vale a dire
2454 quelli riportati in tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} e
2455 tab.~\ref{tab:open_operation_flag}). Si ricordi che quando si usa la
2456 funzione per determinare le modalità di accesso con cui è stato aperto il
2457 file è necessario estrarre i bit corrispondenti nel \textit{file status
2458 flag} con la maschera \const{O\_ACCMODE} come già accennato in
2459 sez.~\ref{sec:file_open_close}.
2461 \item[\constd{F\_SETFL}] imposta il valore dei \textit{file status flags} al
2462 valore specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di
2463 successo o $-1$ in caso di errore. In generale possono essere impostati solo
2464 i flag riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, su Linux si possono
2465 modificare soltanto \const{O\_APPEND}, \const{O\_ASYNC}, \const{O\_DIRECT},
2466 \const{O\_NOATIME} e \const{O\_NONBLOCK}. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2467 \errcode{EPERM} se si cerca di rimuovere \const{O\_APPEND} da un file
2468 marcato come \textit{append-only} o se di cerca di impostare
2469 \const{O\_NOATIME} su un file di cui non si è proprietari (e non si hanno i
2470 permessi di amministratore) ed \errcode{EINVAL} se si cerca di impostare
2471 \const{O\_DIRECT} su un file che non supporta questo tipo di operazioni.
2473 \item[\constd{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
2474 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato,
2475 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come
2476 per i due successivi comandi oltre a \errval{EBADF} se \param{lock} non è un
2477 puntatore valido restituisce l'errore generico \errcode{EFAULT}. Questa
2478 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2480 \item[\constd{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
2481 specificato nella struttura puntata da \param{lock}, ritorna un valore nullo
2482 in caso di successo e $-1$ se il file lock è tenuto da qualcun altro, nel
2483 qual caso si ha un errore di \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}. Questa
2484 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2486 \item[\constd{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
2487 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato, se
2488 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
2489 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}. Questa funzionalità è trattata in
2490 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
2492 \item[\constd{F\_GETOWN}] restituisce in caso di successo l'identificatore del
2493 processo o del \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group})
2494 che è preposto alla ricezione del segnale \signal{SIGIO} (o l'eventuale
2495 segnale alternativo impostato con \const{F\_SETSIG}) per gli eventi
2496 asincroni associati al file descriptor \param{fd} e del segnale
2497 \signal{SIGURG} per la notifica dei dati urgenti di un socket (vedi
2498 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}). Restituisce $-1$ in caso di errore ed il
2499 terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori diversi da
2502 Per distinguerlo dal caso in cui il segnale viene inviato a un singolo
2503 processo, nel caso di un \textit{process group} viene restituito un valore
2504 negativo il cui valore assoluto corrisponde all'identificatore del
2505 \textit{process group}. Con Linux questo comporta un problema perché se il
2506 valore restituito dalla \textit{system call} è compreso nell'intervallo fra
2507 $-1$ e $-4095$ in alcune architetture questo viene trattato dalla
2508 \acr{glibc} come un errore,\footnote{il problema deriva dalle limitazioni
2509 presenti in architetture come quella dei normali PC (i386) per via delle
2510 modalità in cui viene effettuata l'invocazione delle \textit{system call}
2511 che non consentono di restituire un adeguato codice di ritorno.} per cui
2512 in tal caso \func{fcntl} ritornerà comunque $-1$ mentre il valore restituito
2513 dalla \textit{system call} verrà assegnato ad \var{errno}, cambiato di
2516 Per questo motivo con il kernel 2.6.32 è stato introdotto il comando
2517 alternativo \const{F\_GETOWN\_EX}, che vedremo a breve, che consente di
2518 evitare il problema. A partire dalla versione 2.11 la \acr{glibc}, se
2519 disponibile, usa questa versione alternativa per mascherare il problema
2520 precedente e restituire un valore corretto in tutti i casi.\footnote{in cui
2521 cioè viene restituito un valore negativo corretto qualunque sia
2522 l'identificatore del \textit{process group}, che non potendo avere valore
2523 unitario (non esiste infatti un \textit{process group} per \cmd{init}) non
2524 può generare ambiguità con il codice di errore.} Questo però comporta che
2525 il comportamento del comando può risultare diverso a seconda delle versioni
2526 della \acr{glibc} e del kernel.
2528 \item[\constd{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
2529 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
2530 segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2531 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2532 caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2533 \errcode{ESRCH} se \param{arg} indica un processo o un \textit{process
2536 L'impostazione è soggetta alle stesse restrizioni presenti sulla funzione
2537 \func{kill} (vedi sez.~\ref{sec:sig_kill_raise}), per cui un utente non
2538 privilegiato può inviare i segnali solo ad un processo che gli appartiene,
2539 in genere comunque si usa il processo corrente. Come per \const{F\_GETOWN},
2540 per indicare un \textit{process group} si deve usare per \param{arg} un
2541 valore negativo, il cui valore assoluto corrisponda all'identificatore del
2542 \textit{process group}.
2544 A partire dal kernel 2.6.12 se si sta operando con i \textit{thread} della
2545 implementazione nativa di Linux (quella della NTPL, vedi
2546 sez.~\ref{sec:linux_ntpl}) e se si è impostato un segnale specifico con
2547 \const{F\_SETSIG}, un valore positivo di \param{arg} viene interpretato come
2548 indicante un \textit{Thread ID} e non un \textit{Process ID}. Questo
2549 consente di inviare il segnale impostato con \const{F\_SETSIG} ad uno
2550 specifico \textit{thread}. In genere questo non comporta differenze
2551 significative per il processi ordinari, in cui non esistono altri
2552 \textit{thread}, dato che su Linux il \textit{thread} principale, che in tal
2553 caso è anche l'unico, mantiene un valore del \textit{Thread ID} uguale al
2554 \ids{PID} del processo. Il problema è però che questo comportamento non si
2555 applica a \signal{SIGURG}, per il quale \param{arg} viene sempre
2556 interpretato come l'identificatore di un processo o di un \textit{process
2559 \item[\constd{F\_GETOWN\_EX}] legge nella struttura puntata
2560 dall'argomento \param{owner} l'identificatore del processo, \textit{thread}
2561 o \textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) che è
2562 preposto alla ricezione dei segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli
2563 eventi associati al file descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in
2564 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} e da
2565 \errval{EFAULT} se \param{owner} non è un puntatore valido.
2567 Il comando, che è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.32, effettua lo
2568 stesso compito di \const{F\_GETOWN} di cui costituisce una evoluzione che
2569 consente di superare i limiti e le ambiguità relative ai valori restituiti
2570 come identificativo. A partire dalla versione 2.11 della \acr{glibc} esso
2571 viene usato dalla libreria per realizzare una versione di \func{fcntl} che
2572 non presenti i problemi illustrati in precedenza per la versione precedente
2573 di \const{F\_GETOWN}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo
2574 se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2576 \item[\constd{F\_SETOWN\_EX}] imposta con il valore della struttura
2577 \struct{f\_owner\_ex} puntata \param{owner}, l'identificatore del processo o
2578 del \textit{process group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e
2579 \signal{SIGURG} per gli eventi associati al file
2580 descriptor \param{fd}. Ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2581 caso di errore, con gli stessi errori di \const{F\_SETOWN} più
2582 \errcode{EINVAL} se il campo \var{type} di \struct{f\_owner\_ex} non indica
2583 un tipo di identificatore valido.
2585 \begin{figure}[!htb]
2586 \footnotesize \centering
2587 \begin{varwidth}[c]{0.5\textwidth}
2588 \includestruct{listati/f_owner_ex.h}
2591 \caption{La struttura \structd{f\_owner\_ex}.}
2592 \label{fig:f_owner_ex}
2595 Come \const{F\_GETOWN\_EX} il comando richiede come terzo argomento il
2596 puntatore ad una struttura \struct{f\_owner\_ex} la cui definizione è
2597 riportata in fig.~\ref{fig:f_owner_ex}, in cui il primo campo indica il tipo
2598 di identificatore il cui valore è specificato nel secondo campo, che assume
2599 lo stesso significato di \param{arg} per \const{F\_SETOWN}. Per il campo
2600 \var{type} i soli valori validi sono \constd{F\_OWNER\_TID},
2601 \constd{F\_OWNER\_PID} e \constd{F\_OWNER\_PGRP}, che indicano
2602 rispettivamente che si intende specificare con \var{pid} un \textit{Tread
2603 ID}, un \textit{Process ID} o un \textit{Process Group ID}. A differenza
2604 di \const{F\_SETOWN} se si specifica un \textit{Tread ID} questo riceverà
2605 sia \signal{SIGIO} (o il segnale impostato con \const{F\_SETSIG}) che
2606 \signal{SIGURG}. Il comando è specifico di Linux, è disponibile solo a
2607 partire dal kernel 2.6.32, ed è utilizzabile solo se si è definita la macro
2608 \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2610 \item[\constd{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato dai vari
2611 meccanismi di I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli
2612 trattati in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) in caso di successo o
2613 $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti
2614 errori diversi da \errval{EBADF}. Un valore nullo indica che si sta usando
2615 il segnale predefinito, che è \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero
2616 indica il segnale che è stato impostato con \const{F\_SETSIG}, che può
2617 essere anche lo stesso \signal{SIGIO}. Il comando è specifico di Linux ed
2618 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2620 \item[\constd{F\_SETSIG}] imposta il segnale inviato dai vari meccanismi di
2621 I/O asincrono associati al file descriptor \param{fd} (quelli trattati in
2622 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) al valore indicato
2623 da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
2624 di errore. Oltre a \errval{EBADF} gli errori possibili sono
2625 \errcode{EINVAL} se \param{arg} indica un numero di segnale non valido. Un
2626 valore nullo di \param{arg} indica di usare il segnale predefinito, cioè
2627 \signal{SIGIO}. Un valore diverso da zero, compreso lo stesso
2628 \signal{SIGIO}, specifica il segnale voluto. Il comando è specifico di
2629 Linux ed utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2631 L'impostazione di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
2632 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
2633 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
2634 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
2635 generato il segnale attraverso i valori restituiti in
2636 \struct{siginfo\_t}. Se inoltre si imposta un segnale \textit{real-time} si
2637 potranno sfruttare le caratteristiche di avanzate di questi ultimi (vedi
2638 sez.~\ref{sec:sig_real_time}), ed in particolare la capacità di essere
2639 accumulati in una coda prima della notifica.
2641 \item[\constd{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease} che il
2642 processo detiene nei confronti del file descriptor \var{fd} o $-1$ in caso
2643 di errore, il terzo argomento viene ignorato. Non sono previsti errori
2644 diversi da \errval{EBADF}. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile
2645 solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è
2646 trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2648 \item[\constd{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove a seconda del valore
2649 di \param{arg} un \textit{file lease} sul file descriptor \var{fd} a seconda
2650 del valore indicato da \param{arg}. Ritorna un valore nullo in caso di
2651 successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF} si otterrà
2652 \errcode{EINVAL} se si è specificato un valore non valido per \param{arg}
2653 (deve essere usato uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}),
2654 \errcode{ENOMEM} se non c'è memoria sufficiente per creare il \textit{file
2655 lease}, \errcode{EACCES} se non si è il proprietario del file e non si
2656 hanno i privilegi di amministratore.\footnote{per la precisione occorre la
2657 capacità \const{CAP\_LEASE}.}
2659 Il supporto il supporto per i \textit{file lease}, che consente ad un
2660 processo che detiene un \textit{lease} su un file di riceve una notifica
2661 qualora un altro processo cerchi di eseguire una \func{open} o una
2662 \func{truncate} su di esso è stato introdotto a partire dai kernel della
2663 serie 2.4 Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2664 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità è trattata in
2665 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2667 \item[\constd{F\_NOTIFY}] attiva il meccanismo di notifica asincrona per cui
2668 viene riportato al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o
2669 altro segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
2670 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
2671 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in
2672 caso di errore. Il comando è specifico di Linux ed utilizzabile solo se si è
2673 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}. Questa funzionalità, disponibile
2674 dai kernel della serie 2.4.x, è trattata in dettaglio in
2675 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
2677 \item[\constd{F\_GETPIPE\_SZ}] restituisce in caso di successo la dimensione
2678 del buffer associato alla \textit{pipe} \param{fd} (vedi
2679 sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) o $-1$ in caso di errore, il terzo argomento viene
2680 ignorato. Non sono previsti errori diversi da \errval{EBADF}, che viene
2681 restituito anche se il file descriptor non è una \textit{pipe}. Il comando è
2682 specifico di Linux, è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è
2683 utilizzabile solo se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2685 \item[\constd{F\_SETPIPE\_SZ}] imposta la dimensione del buffer associato alla
2686 \textit{pipe} \param{fd} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ad un valore uguale
2687 o superiore a quello indicato dall'argomento \param{arg}. Ritorna un valore
2688 nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Oltre a \errval{EBADF}
2689 gli errori possibili sono \errcode{EBUSY} se si cerca di ridurre la
2690 dimensione del buffer al di sotto della quantità di dati effettivamente
2691 presenti su di esso ed \errcode{EPERM} se un processo non privilegiato cerca
2692 di impostare un valore troppo alto. La dimensione minima del buffer è pari
2693 ad una pagina di memoria, a cui verrà comunque arrotondata ogni dimensione
2694 inferiore, il valore specificato viene in genere arrotondato per eccesso al
2695 valore ritenuto più opportuno dal sistema, pertanto una volta eseguita la
2696 modifica è opportuno rileggere la nuova dimensione con
2697 \const{F\_GETPIPE\_SZ}. I processi non privilegiati\footnote{per la
2698 precisione occorre la capacità \const{CAP\_SYS\_RESOURCE}.} non possono
2699 impostare un valore superiore a quello indicato da
2700 \sysctlfiled{fs/pipe-size-max}. Il comando è specifico di Linux, è
2701 disponibile solo a partire dal kernel 2.6.35, ed è utilizzabile solo se si è
2702 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.
2706 % TODO: trattare RWH_WRITE_LIFE_EXTREME e RWH_WRITE_LIFE_SHORT aggiunte con
2707 % il kernel 4.13 (vedi https://lwn.net/Articles/727385/)
2709 La maggior parte delle funzionalità controllate dai comandi di \func{fcntl}
2710 sono avanzate e richiedono degli approfondimenti ulteriori, saranno pertanto
2711 riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative. In
2712 particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari meccanismi di
2713 notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
2714 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation} mentre quelle relative al
2715 \textit{file locking} saranno esaminate in sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso
2716 di questa funzione con i socket verrà trattato in
2717 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2719 La gran parte dei comandi di \func{fcntl} (come \const{F\_DUPFD},
2720 \const{F\_GETFD}, \const{F\_SETFD}, \const{F\_GETFL}, \const{F\_SETFL},
2721 \const{F\_GETLK}, \const{F\_SETLK} e \const{F\_SETLKW}) sono previsti da SVr4
2722 e 4.3BSD e standardizzati in POSIX.1-2001 che inoltre prevede gli ulteriori
2723 \const{F\_GETOWN} e \const{F\_SETOWN}. Pertanto nell'elenco si sono indicate
2724 esplicitamente soltanto le ulteriori richieste in termini delle macro di
2725 funzionalità di sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} soltanto per le
2726 funzionalità inserite in standard successivi o specifiche di Linux.
2729 % \subsection{La funzione \func{ioctl}}
2730 % \label{sec:file_ioctl}
2732 Benché l'interfaccia di gestione dell'I/O sui file di cui abbiamo parlato
2733 finora si sia dimostrata valida anche per l'interazione diretta con le
2734 periferiche attraverso i loro file di dispositivo, consentendo di usare le
2735 stesse funzioni utilizzate per i normali file di dati, esistono però
2736 caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e delle funzionalità che
2737 ciascun dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
2738 interfaccia astratta come ad esempio l'impostazione della velocità di una
2739 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer.
2741 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
2742 di una apposita funzione di sistema, \funcd{ioctl}, come meccanismo generico
2743 per compiere operazioni specializzate; il suo prototipo è:
2747 \fdecl{int ioctl(int fd, int request, ...)}
2748 \fdesc{Esegue una operazione speciale.}
2751 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo nella maggior parte dei casi, ma
2752 alcune operazioni possono restituire un valore positivo, mentre ritorna
2753 sempre $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
2756 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
2758 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
2759 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
2760 riferimento \param{fd}.
2762 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
2766 La funzione richiede che si passi come primo argomento un file
2767 descriptor \param{fd} regolarmente aperto, mentre l'operazione da compiere
2768 deve essere indicata dal valore dell'argomento \param{request}. Il terzo
2769 argomento dipende dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato
2770 come \code{char * argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
2771 generica (all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora non era
2772 stato introdotto il tipo \ctyp{void}) ma per certe operazioni può essere
2773 omesso, e per altre è un semplice intero.
2775 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
2776 errore, ma per alcune operazioni il valore di ritorno, che nel caso viene
2777 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come indicazione del
2778 risultato della stessa. È più comune comunque restituire i risultati
2779 all'indirizzo puntato dal terzo argomento.
2781 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
2782 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
2783 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
2785 \item il cambiamento dei font di un terminale.
2786 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
2787 \item i comandi di avanti veloce e di riavvolgimento di un nastro.
2788 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
2789 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
2790 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
2792 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
2793 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
2794 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
2795 successivi (come ext3).}
2798 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
2799 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
2800 file \headfiled{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui
2801 fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
2802 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
2803 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
2804 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
2805 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
2806 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
2807 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
2808 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
2809 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
2810 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
2811 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
2812 imprevedibili o indesiderati.
2814 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
2815 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
2816 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
2817 relative ad alcuni casi specifici, ad esempio la gestione dei terminali è
2818 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix,
2819 mentre per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
2820 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
2822 Riportiamo qui solo l'elenco delle operazioni che sono predefinite per
2823 qualunque file, caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}. Queste operazioni
2824 sono definite nel kernel a livello generale, e vengono sempre interpretate per
2825 prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, eventuali operazioni
2826 specifiche che usino lo stesso valore verrebbero ignorate:
2827 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
2828 \item[\constd{FIOCLEX}] imposta il flag di \textit{close-on-exec} sul file, in
2829 questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non richiede
2830 un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2831 \item[\constd{FIONCLEX}] cancella il flag di \textit{close-on-exec} sul file,
2832 in questo caso, essendo usata come operazione logica, \func{ioctl} non
2833 richiede un terzo argomento, il cui eventuale valore viene ignorato.
2834 \item[\constd{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
2835 file (vedi sez.~\ref{sec:signal_driven_io}); il terzo argomento
2836 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
2837 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
2839 \item[\constd{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
2840 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
2841 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
2842 disabilita, un valore non nullo abilita).
2843 \item[\constd{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
2844 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2845 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
2846 valore specifica il PID del processo.
2847 \item[\constd{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
2848 \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
2849 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
2850 scritto il PID del processo.
2851 \item[\constd{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
2852 file descriptor; questa operazione è disponibile solo su alcuni file
2853 descriptor, in particolare sui socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o
2854 sui file descriptor di \textit{epoll} (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}), il
2855 terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo
2856 \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2857 \item[\constd{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
2858 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
2859 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
2860 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
2863 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260795/,
2864 % http://lwn.net/Articles/429345/
2866 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
2867 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
2868 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
2869 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
2870 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
2871 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
2872 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
2873 \func{ioctl} per i secondi, all'epoca tra l'altro i dispositivi che usavano
2874 \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega l'uso
2875 comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore. Oggi non è più così ma le
2876 due funzioni sono rimaste.
2878 % TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti
2879 % (bassa/bassissima priorità)
2880 % EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31)
2881 % EXT4_IOC_SHUTDOWN (dal 4.10), XFS_IOC_GOINGDOWN e futura FS_IOC_SHUTDOWN
2882 % ioctl di btrfs, vedi http://lwn.net/Articles/580732/
2886 \section{L'interfaccia standard ANSI C}
2887 \label{sec:files_std_interface}
2890 Come visto in sez.~\ref{sec:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
2891 sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre
2892 direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel.
2894 Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
2895 ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria.
2896 Queste funzioni di libreria, insieme alle altre funzioni definite dallo
2897 standard (che sono state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da
2898 allora sono rimaste sostanzialmente immutate), vengono a costituire il nucleo
2899 della \acr{glibc} per la gestione dei file.
2901 Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli
2902 \textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_unix_interface} per i
2903 file descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e
2904 cambiare la posizione corrente in uno \textit{stream}.
2907 \subsection{I \textit{file stream}}
2908 \label{sec:file_stream}
2910 \itindbeg{file~stream}
2912 Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di
2913 basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e
2914 nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
2916 In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle
2917 dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e
2918 \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor,
2919 evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni
2920 del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato
2921 dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle
2922 dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco.
2924 Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di
2925 dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica
2926 principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola
2927 alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle
2928 operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate
2929 all'ottenimento della massima efficienza.
2931 Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
2932 \textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare dei
2933 dettagli con cui viene gestita la comunicazione con l'hardware sottostante
2934 (come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file può
2935 essere sempre considerato come composto da un flusso continuo di dati, da cui
2936 deriva appunto il nome \textit{stream}.
2938 A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e
2939 scrittura, sia per quel che riguarda la bufferizzazione che le formattazioni,
2940 per tutto il resto i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai
2941 file descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere
2942 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_shared_access} a proposito dell'accesso
2943 concorrente ed in sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di
2946 Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream}
2947 è stata chiamata \typed{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di
2948 libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni
2949 sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli
2950 indicatori di stato e di fine del file.
2952 Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
2953 queste strutture (che sono dei \textsl{tipi opachi}) ma usare sempre puntatori
2954 del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa, tanto che in certi
2955 casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo di \textit{stream}.
2956 Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come argomenti
2957 solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
2958 file \headfile{stdio.h}.
2960 \itindend{file~stream}
2962 Ai tre file descriptor standard (vedi tab.~\ref{tab:file_std_files}) aperti
2963 per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che
2964 rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre
2965 \textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti
2966 nell'header \headfile{stdio.h} che sono:
2968 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
2969 \item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file
2970 stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in
2971 ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e
2972 prende i caratteri dalla tastiera.
2973 \item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file
2974 stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in
2975 uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e
2976 scrive sullo schermo.
2977 \item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file
2978 stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di
2979 errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del
2980 terminale e scrive sullo schermo.
2983 Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
2984 tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come
2985 tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un
2986 programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma
2987 in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si
2988 hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno
2989 usare la funzione \func{freopen}.
2992 \subsection{Le modalità di bufferizzazione}
2993 \label{sec:file_buffering}
2995 La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia
2996 degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di
2997 \textit{system call} (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di
2998 input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria,
2999 ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in
3000 particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul
3003 I dati che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono
3004 accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco, con l'operazione che viene
3005 usualmente chiamata \textsl{scaricamento} del buffer (dal termine inglese
3006 \textit{flush}) tutte le volte che questo viene riempito. Questa operazione
3007 avviene perciò in maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento
3008 analogo avviene anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati,
3009 anche se ne sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha
3010 rilevanza inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di
3011 scrittura invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad
3012 esempio da parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti
3013 effettivamente scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer.
3015 Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo
3016 dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche
3017 delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una
3018 scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul
3019 dispositivo, e la cosa è particolarmente evidente con le operazioni di
3020 input/output sul terminale.
3022 Per rispondere ad esigenze diverse lo standard definisce tre distinte modalità
3023 in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali occorre essere ben
3024 consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da dispositivi interattivi:
3026 \item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i
3027 caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile
3028 (effettuando immediatamente una \func{write});
3029 \item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono normalmente
3030 trasmessi al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
3031 \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|) cioè un a capo (in sostanza
3032 quando si preme invio);
3033 \item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono
3034 trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
3037 Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo \textit{standard output} e lo
3038 \textit{standard input} siano aperti in modalità \textit{fully buffered}
3039 quando non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard
3040 error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}.
3042 Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera
3043 ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre
3044 \textit{unbuffered}, in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più
3045 rapidamente possibile, e che \textit{standard input} \textit{standard output}
3046 siano aperti in modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un
3047 terminale (od altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully
3048 buffered} altrimenti.
3050 Il comportamento specificato per \textit{standard input} e \textit{standard
3051 output} vale anche per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo;
3052 la selezione comunque avviene automaticamente, e la libreria apre lo
3053 \textit{stream} nella modalità più opportuna a seconda del file o del
3056 La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori
3057 chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già
3058 accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel
3059 alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (il \textit{newline});
3060 questo non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer
3061 usato dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico
3062 dei dati anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}.
3064 Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare
3065 con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno
3066 \textit{stream} che comporta l'accesso alle \textit{system call} del kernel,
3067 ad esempio se lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità
3068 \textit{unbuffered}, viene anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli
3069 \textit{stream} in scrittura. In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo
3070 come la libreria definisca delle opportune funzioni per controllare le
3071 modalità di bufferizzazione e lo scarico dei dati.
3075 \subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}}
3076 \label{sec:file_fopen}
3078 Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre:
3079 \funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e
3080 \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte
3081 dello standard POSIX.1.} ed i rispettivi prototipi sono:
3085 \fdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)}
3086 \fdesc{Apre uno \textit{stream} da un \texttt{pathname}.}
3087 \fdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)}
3088 \fdesc{Associa uno \textit{stream} a un file descriptor.}
3089 \fdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)}
3090 \fdesc{Chiude uno \textit{stream} e lo riapre su un file diverso.}
3093 {Le funzioni ritornano un puntatore ad un oggetto \type{FILE} in caso di
3094 successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il
3095 valore ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione,
3096 gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte e tre
3097 le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di \func{fcntl} per
3098 \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, \func{fclose} e \func{fflush} per
3102 Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è
3103 \func{fopen}, essa apre il file specificato dal \textit{pathname} \param{path}
3104 nella modalità specificata da \param{mode}, che è una stringa che deve
3105 iniziare con almeno uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode},
3106 anche se sono possibili varie estensioni che vedremo in seguito.
3108 L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file standard
3109 (vedi sez.~\ref{sec:file_stream}): il file \param{path} viene aperto nella
3110 modalità indicata da \param{mode} ed associato allo \textit{stream} indicato
3111 dall'argomento \param{stream}, e se questo era uno \textit{stream} già aperto
3112 esso viene preventivamente chiuso e tutti i dati pendenti vengono scaricati.
3114 Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file
3115 descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una
3116 \func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono
3117 usare gli \textit{stream} con file come le \textit{fifo} o i socket, che non possono
3118 essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C.
3123 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3125 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
3128 \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola
3129 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3131 \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e
3132 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3135 \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
3136 creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola
3137 scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3139 \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o
3140 creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e
3141 lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del
3144 \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
3145 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in sola
3147 \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in
3148 \textit{append mode}, l'accesso viene posto in lettura e
3151 \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\
3152 \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\
3155 \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C
3156 che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.}
3157 \label{tab:file_fopen_mode}
3160 In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori
3161 diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono
3162 riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure
3163 il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per
3164 le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a
3165 distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa
3166 distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per
3167 compatibilità, ma non ha alcun effetto.
3169 La \acr{glibc} supporta alcune estensioni, queste devono essere sempre
3170 indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di
3171 tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per
3172 evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso dell'opzione
3173 \const{O\_EXCL} in \func{open}): se il file specificato già esiste e si
3174 aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} fallisce.
3176 Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si
3177 aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il
3178 valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri
3179 e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le
3180 opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura.
3182 Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono
3183 essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto.
3184 Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello
3185 \textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le
3186 variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono
3187 cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso automaticamente alla
3188 chiusura dello \textit{stream}.
3190 I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in
3191 sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso
3193 \code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a
3194 \val{0666}) modificato secondo il valore della \textit{umask} per il processo
3195 (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). Una volta aperto lo
3196 \textit{stream}, si può cambiare la modalità di bufferizzazione (si veda
3197 sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non si è effettuato alcuna
3198 operazione di I/O sul file.
3200 In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è
3201 di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C
3202 richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione
3203 di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha
3204 incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche
3205 il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata.
3207 Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad
3208 una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o
3209 \func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si
3210 voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima
3211 usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche
3212 un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è
3213 sufficiente a garantire la sincronizzazione.
3215 Una volta completate le operazioni su di esso uno \textit{stream} può essere
3216 chiuso con la funzione \funcd{fclose}, il cui prototipo è:
3220 \fdecl{int fclose(FILE *stream)}
3221 \fdesc{Chiude uno \textit{stream}.}
3224 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3225 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se il file
3226 descriptor indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori
3227 specificati dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close},
3228 \func{write} o \func{fflush}).
3232 La funzione chiude lo \textit{stream} \param{stream} ed effettua lo scarico di
3233 tutti i dati presenti nei buffer di uscita e scarta tutti i dati in ingresso;
3234 se era stato allocato un buffer per lo \textit{stream} questo verrà
3235 rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo per i dati presenti nei
3236 buffer in \textit{user space} usati dalla \acr{glibc}; se si vuole essere
3237 sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà effettuare una
3238 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}).
3240 Linux supporta anche un'altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione
3241 GNU implementata dalla \acr{glibc}, accessibile avendo definito
3242 \macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è:
3246 \fdecl{int fcloseall(void)}
3247 \fdesc{Chiude tutti gli \textit{stream}.}
3250 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
3251 qual caso \var{errno} assumerà gli stessi valori di \func{fclose}.}
3254 La funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita e scarta quelli
3255 in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è provvista solo per i
3256 casi di emergenza, quando si è verificato un errore ed il programma deve
3257 essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra operazione dopo aver
3258 chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto visto in
3259 sez.~\ref{sec:proc_conclusion}).
3262 \subsection{Gestione dell'I/O e posizionamento su uno \textit{stream}}
3265 Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è
3266 la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e
3267 scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità di
3268 input/output non formattato:
3270 \item\textsl{binario} in cui si leggono e scrivono blocchi di dati di
3271 dimensione arbitraria, (analogo della modalità ordinaria dell'I/O sui file
3272 descriptor), trattato in sez.~\ref{sec:file_binary_io}.
3273 \item\textsl{a caratteri} in cui si legge e scrive un carattere alla volta,
3274 con la bufferizzazione che viene gestita automaticamente dalla libreria,
3275 trattato in sez.~\ref{sec:file_char_io}.
3276 \item\textsl{di linea} in cui si legge e scrive una linea alla volta,
3277 (terminata dal carattere di newline \verb|'\n'|), trattato in
3278 sez.~\ref{sec:file_line_io}.
3280 a cui si aggiunge la modalità di input/output formattato, trattato in
3281 sez.~\ref{sec:file_formatted_io}.
3283 Ognuna di queste modalità utilizza per l'I/O delle funzioni specifiche che
3284 vedremo nelle sezioni citate, affronteremo qui tutte gli argomenti e le
3285 funzioni che si applicano in generale a tutte le modalità di I/O.
3287 A differenza di quanto avviene con l'interfaccia dei file descriptor, con gli
3288 \textit{stream} il raggiungimento della fine del file viene considerato un
3289 errore, e viene notificato come tale dai valori di uscita delle varie
3290 funzioni. Nella maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del
3291 valore intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF} definito anch'esso nell'header
3292 \headfile{stdlib.h}. La costante deve essere negativa perché in molte funzioni
3293 un valore positivo indica la quantità di dati scritti, la \acr{glibc} usa il
3294 valore $-1$, ma altre implementazioni possono avere valori diversi.
3296 Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di
3297 libreria che si appoggiano a delle \textit{system call}, esse non impostano
3298 direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene sempre il valore impostato
3299 dalla \textit{system call} invocata internamente che ha riportato l'errore.
3301 Siccome la condizione di \textit{end-of-file} è anch'essa segnalata come
3302 errore, nasce il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi
3303 solo sul valore di ritorno della funzione e controllare il valore di
3304 \var{errno} infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato
3305 impostato in una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i
3306 dettagli del funzionamento di \var{errno}).
3308 Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono
3309 per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE},
3310 il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del
3311 file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche
3312 errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere
3313 riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono:
3317 \fdecl{int feof(FILE *stream)}
3318 \fdesc{Controlla il flag di \textit{end-of-file} di uno \textit{stream}.}
3319 \fdecl{int ferror(FILE *stream)}
3320 \fdesc{Controlla il flag di errore di uno \textit{stream}.}
3323 {Le funzioni ritornano un valore diverso da zero se i relativi flag sono
3324 impostati, e non prevedono condizioni di errore.}
3327 Si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala soltanto che
3328 c'è stato un errore o che si è raggiunta la fine del file in una qualunque
3329 operazione sullo \textit{stream}, il controllo su quanto avvenuto deve quindi
3330 essere effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria.
3332 Entrambi i flag (di errore e di \textit{end-of-file}) possono essere
3333 cancellati usando la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è:
3337 \fdecl{void clearerr(FILE *stream)}
3338 \fdesc{Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di uno
3342 {La funzione non ritorna nulla e prevede condizioni di errore.}
3345 In genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e corretta
3346 la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da poter
3347 rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa funzione
3348 esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} (con lo stesso argomento e
3349 stessi valori di ritorno) che non esegue il blocco dello \textit{stream}
3350 (tratteremo il significato di blocco di uno \textit{stream} in
3351 sez.~\ref{sec:file_stream_thread}).
3353 Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi
3354 all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un
3355 punto prestabilito, sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata
3356 dal file sottostante lo \textit{stream}, nel caso cioè in cui si ha a che fare
3357 con quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}. Dato che in un
3358 sistema Unix esistono vari tipi di file, come le \textit{fifo} ed i file di
3359 dispositivo (ad esempio i terminali), non è scontato che questo sia vero in
3360 generale, pur essendolo sempre nel caso di file di dati.
3362 Con Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file, come
3363 abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_lseek}, è espressa da un intero
3364 positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}. Il problema è che alcune delle
3365 funzioni usate per il riposizionamento sugli \textit{stream} originano dalle
3366 prime versioni di Unix, in cui questo tipo non era ancora stato definito, e
3367 che in altri sistemi non è detto che la posizione su un file venga sempre
3368 rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio: ad esempio nel VMS dove
3369 esistono i file a record (in cui cioè l'I/O avviene per blocchi, i record, di
3370 dimensione fissa), essa può essere rappresentata come un numero di record, più
3371 l'offset rispetto al record corrente.
3373 Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono
3374 sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le
3375 funzioni tradizionali usate per eseguire una modifica della posizione corrente
3376 sul file con uno \textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind}, i
3377 rispettivi prototipi sono:
3381 \fdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)}
3382 \fdesc{Sposta la posizione nello \textit{stream}.}
3383 \fdecl{void rewind(FILE *stream)}
3384 \fdesc{Riporta la posizione nello \textit{stream} all'inizio del file.}
3387 {La funzione \func{fseek} ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un
3388 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek},
3389 \func{rewind} non ritorna nulla e non ha condizioni di errore.}
3392 L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file
3393 descriptor (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}). Anche gli argomenti, a parte il
3394 tipo, hanno esattamente lo stesso significato. In particolare \param{whence}
3395 deve assumere gli stessi valori già visti nella prima parte di
3396 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}. La funzione restituisce 0 in caso di
3397 successo e -1 in caso di errore.
3399 La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la posizione corrente sul file
3400 all'inizio dello \textit{stream}, ma non è esattamente equivalente ad aver
3401 eseguito una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)}, in quanto con l'uso della
3402 funzione vengono cancellati anche i flag di errore e di fine del file.
3404 Per ottenere la posizione corrente sul file di uno \textit{stream} lo standard
3405 ANSI C prescrive l'uso della funzione \funcd{ftell}, il cui prototipo è:
3409 \fdecl{long ftell(FILE *stream)}
3410 \fdesc{Legge la posizione attuale nello \textit{stream}.}
3413 {La funzione ritorna la posizione corrente in caso di successo e $-1$ per un
3414 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3417 \noindent che restituisce la posizione come numero di byte dall'inizio dello
3420 Sia \func{fseek} che \func{ftell} esprimono la posizione nel file con un
3421 intero di tipo \ctyp{long}. Dato che in certi casi, ad esempio quando si usa
3422 un filesystem indicizzato a 64 bit su una macchina con architettura a 32 bit,
3423 questo può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove
3424 funzioni \funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo
3425 \typed{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono:
3429 \fdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3430 \fdesc{Imposta la posizione corrente sul file.}
3431 \fdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)}
3432 \fdesc{Legge la posizione corrente sul file.}
3435 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3436 caso \var{errno} assumerà i valori di \func{lseek}.}
3439 In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni
3440 \func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle
3441 precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo
3442 \type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella
3443 gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la
3444 posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei
3445 sistemi più moderni.
3447 % TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione?
3451 \subsection{Input/output binario}
3452 \label{sec:file_binary_io}
3454 La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della
3455 interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la
3456 lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è
3457 la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due
3458 funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite};
3459 i rispettivi prototipi sono:
3463 \fdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE *stream)}
3464 \fdesc{Legge i dati da uno \textit{stream}.}
3465 \fdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb,
3467 \fdesc{Scrive i dati su uno \textit{stream}.}
3470 {Le funzioni ritornano il numero di elementi letti o scritti, in caso di
3471 errore o fine del file viene restituito un numero di elementi inferiore al
3475 Le funzioni rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di
3476 dimensione \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. In
3477 genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file blocchi di
3478 dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso tipico è quello
3479 in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi elementi) con una
3481 \includecodesnip{listati/WriteVect.c}
3482 in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun
3483 elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo
3484 caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura;
3485 si avrà allora una chiamata tipo:
3486 \includecodesnip{listati/WriteStruct.c}
3487 in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo
3490 In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni
3491 totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}, la differenza
3492 sta nel fatto che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, ma il
3493 numero di elementi (e con questo possono facilitare i conti).
3495 La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se
3496 incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo
3497 stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello
3498 \textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella
3499 corrispondente alla quantità di dati letti).
3501 In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le
3502 funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o
3503 scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto
3504 avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e
3505 occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del
3508 Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il
3509 salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano
3510 lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo
3511 usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo
3512 stesso programma che li ha prodotti.
3514 Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle
3515 strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche
3516 scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più
3517 strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per
3518 l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre
3519 altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze
3520 di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di
3521 ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point.
3523 Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere
3524 le opportune precauzioni come usare un formato di più alto livello che
3525 permetta di recuperare l'informazione completa, per assicurarsi che versioni
3526 diverse del programma siano in grado di rileggere i dati, tenendo conto delle
3527 eventuali differenze.
3529 La \acr{glibc} definisce infine due ulteriori funzioni per l'I/O binario,
3530 \funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked}, che evitano il lock
3531 implicito dello \textit{stream} usato per dalla librerie per la gestione delle
3532 applicazioni \textit{multi-thread} (si veda sez.~\ref{sec:file_stream_thread}
3533 per i dettagli), i loro prototipi sono:
3537 \fdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t
3538 nmemb, FILE *stream)}
3539 \fdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size,
3540 size\_t nmemb, FILE *stream)}
3541 \fdesc{Leggono o scrivono dati su uno \textit{stream} senza acquisire il lock
3542 implicito sullo stesso.}
3545 {Le funzioni ritornano gli stessi valori delle precedenti \func{fread} e
3549 % TODO: trattare in generale le varie *_unlocked
3552 \subsection{Input/output a caratteri}
3553 \label{sec:file_char_io}
3555 La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si
3556 trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a
3557 caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, ed i
3558 rispettivi prototipi sono:
3562 \fdecl{int getc(FILE *stream)}
3563 \fdecl{int fgetc(FILE *stream)}
3564 \fdesc{Leggono un singolo byte da uno \textit{stream}.}
3565 \fdecl{int getchar(void)}
3566 \fdesc{Legge un byte dallo \textit{standard input}.}
3569 {Le funzioni ritornano il byte letto in caso di successo e \val{EOF} per un
3570 errore o se si arriva alla fine del file.}
3573 La funzione \func{getc} legge un byte da \param{stream} e lo restituisce come
3574 intero, ed in genere è implementata come una macro per cui può avere
3575 \textit{side effects}, mentre \func{fgetc} è assicurato essere sempre una
3576 funzione. Infine \func{getchar} è equivalente a \code{getc(stdin)}.
3578 A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da
3579 tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La
3580 differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente
3581 viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa
3582 le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato
3583 più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il
3584 meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se
3585 si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati.
3587 Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo
3588 la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della
3589 chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato
3590 come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in
3591 precedenza nel tipo di argomento).
3593 Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito
3594 ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare
3595 l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre
3596 positivo, tranne in caso di errore o fine del file.
3598 Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre
3599 funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e
3600 \funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un
3601 carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo
3607 \fdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)}
3608 \fdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)}
3609 \fdesc{Leggono un carattere da uno \textit{stream}.}
3610 \fdecl{wint\_t getwchar(void)}
3611 \fdesc{Legge un carattere dallo \textit{standard input}.}
3614 {Le funzioni ritornano il carattere letto in caso di successo e \val{WEOF} per
3615 un errore o se si arriva alla fine del file.}
3618 La funzione \func{getwc} legge un carattere esteso da \param{stream} e lo
3619 restituisce come intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre
3620 \func{fgetwc} è assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{getwchar}
3621 è equivalente a \code{getwc(stdin)}.
3623 Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle
3624 precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i
3625 loro prototipi sono:
3629 \fdecl{int putc(int c, FILE *stream)}
3630 \fdecl{int fputc(int c, FILE *stream)}
3631 \fdesc{Scrive un byte su uno \textit{stream}.}
3632 \fdecl{int putchar(int c)}
3633 \fdesc{Scrive un byte sullo \textit{standard output}.}
3636 {Le funzioni ritornano il valore del byte scritto in caso di successo e
3637 \val{EOF} per un errore.}
3640 La funzione \func{putc} scrive un byte su \param{stream} e lo restituisce come
3641 intero, ed in genere è implementata come una macro, mentre \func{fputc} è
3642 assicurata essere sempre una funzione. Infine \func{putchar} è equivalente a
3643 \code{putc(stdout)}. Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla
3644 volta, anche se prendono come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve
3645 essere ottenuto con un cast da un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di
3646 ritorno è sempre un intero; in caso di errore o fine del file il valore di
3647 ritorno è \val{EOF}.
3649 Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} la \acr{glibc}
3650 provvede come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti,
3651 un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un
3652 \code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però
3653 il lock implicito dello \textit{stream}.
3655 Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni,
3656 \funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word}
3657 (cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono:
3661 \fdecl{getw(FILE *stream)}
3662 \fdesc{Legge una parola da uno \textit{stream}.}
3663 \fdecl{int putw(int w, FILE *stream)}
3664 \fdesc{Scrive una parola su uno \textit{stream}.}
3667 {Le funzioni ritornano la parola letta o scritta in caso di successo e
3668 \val{EOF} per un errore.}
3671 Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque
3672 una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso
3673 di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il
3674 valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}.
3676 Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di
3677 \textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile
3678 poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo
3679 effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il
3680 programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che
3683 Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima
3684 leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi
3685 disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la
3686 lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è:
3690 \fdecl{int ungetc(int c, FILE *stream)}
3691 \fdesc{Manda indietro un byte su uno \textit{stream}.}
3694 {La funzione ritorna il byte inviato in caso di successo e \val{EOF} per un
3698 La funzione rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a
3699 \ctyp{unsigned char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. Benché lo standard
3700 ANSI C preveda che l'operazione possa essere ripetuta per un numero arbitrario
3701 di caratteri, alle implementazioni è richiesto di garantire solo un livello;
3702 questo è quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra
3703 operazione fra due \func{ungetc} successive.
3705 Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che si è
3706 letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere prima di usare
3707 \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per essere usata per rimandare
3708 indietro l'ultimo carattere letto. Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la
3709 funzione non fa nulla, e restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare
3710 \func{ungetc} anche con il risultato di una lettura alla fine del file.
3712 Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un carattere, il
3713 flag di \textit{end-of-file} verrà automaticamente cancellato perché c'è un
3714 nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto successivamente.
3716 Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del file,
3717 ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una qualunque delle
3718 operazioni di riposizionamento (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) i caratteri
3719 rimandati indietro vengono scartati.
3722 \subsection{Input/output di linea}
3723 \label{sec:file_line_io}
3725 La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea,
3726 in cui si legge o si scrive una riga alla volta. Questa è la modalità usata
3727 normalmente per l'I/O da terminale, ed è anche quella che presenta le
3728 caratteristiche più controverse.
3730 Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono
3731 sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi
3736 \fdecl{char *gets(char *string)}
3737 \fdesc{Legge una linea di testo dallo \textit{standard input}.}
3738 \fdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)}
3739 \fdesc{Legge una linea di testo da uno \textit{stream}.}
3742 {Le funzioni ritornano l'indirizzo della stringa con la linea di testo letta o
3743 scritta in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
3746 Entrambe le funzioni effettuano la lettura, dal file specificato \func{fgets},
3747 dallo \textit{standard input} \func{gets}, di una linea di caratteri terminata
3748 dal carattere ASCII di \textit{newline}, che come detto corrisponde a quello
3749 generato dalla pressione del tasto di invio sulla tastiera. Si tratta del
3750 carattere che indica la terminazione di una riga (in sostanza del carattere di
3751 ``\textsl{a capo}'') che viene rappresentato nelle stringhe di formattazione
3752 che vedremo in sez.~\ref{sec:file_formatted_io} come
3753 ``\verb|\n|''. Nell'esecuzione delle funzioni \func{gets} sostituisce
3754 ``\verb|\n|'' con uno zero, mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il
3755 \textit{newline}, che resta dentro la stringa.
3757 \itindbeg{buffer~overflow}
3759 Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) viene restituito un
3760 puntatore \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. L'uso di
3761 \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato, la funzione
3762 infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la stringa
3763 letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un \textit{buffer overflow},
3764 con sovrascrittura della memoria del processo adiacente al
3765 buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata in dettaglio e con molta efficacia
3766 nell'ormai famoso articolo di Aleph1 \cite{StS}.}
3768 Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non
3769 autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare
3770 una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per
3771 sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \textit{stack} (supposto che la
3772 \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da far ripartire
3773 l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa, che in genere contiene
3774 uno \textit{shell code}, cioè una sezione di programma che lancia una shell da
3775 cui si potranno poi eseguire altri programmi.
3777 \itindend{buffer~overflow}
3779 La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto
3780 prende in ingresso la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai
3781 ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size}
3782 caratteri (\textit{newline} compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione;
3783 questo comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1}
3784 caratteri. Se la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo
3785 \code{size-1} caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con
3786 uno zero finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata
3789 Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due
3790 funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i
3791 rispettivi prototipi sono:
3795 \fdecl{int puts(char *string)}
3796 \fdesc{Scrive una linea di testo sullo \textit{standard output}.}
3797 \fdecl{int fputs(char *string, int size, FILE *stream)}
3798 \fdesc{Scrive una linea di testo su uno \textit{stream}.}
3801 {Le funzioni ritornano un valore non negativo in caso di successo e \val{EOF}
3805 La funzione \func{puts} scrive una linea di testo mantenuta
3806 all'indirizzo \param{string} sullo \textit{standard output} mentre \func{puts}
3807 la scrive sul file indicato da \param{stream}. Dato che in questo caso si
3808 scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i problemi di \func{gets} ed è in
3809 genere la forma più immediata per scrivere messaggi sullo \textit{standard
3810 output}; la funzione prende una stringa terminata da uno zero ed aggiunge
3811 automaticamente il ritorno a capo. La differenza con \func{fputs} (a parte la
3812 possibilità di specificare un file diverso da \var{stdout}) è che quest'ultima
3813 non aggiunge il \textit{newline}, che deve essere previsto esplicitamente.
3815 Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di
3816 linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri
3817 estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i
3818 loro prototipi sono:
3822 \fdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)}
3823 \fdesc{Legge una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3824 \fdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)}
3825 \fdesc{Scrive una stringa di carattere estesi da uno \textit{stream}.}
3828 {Le funzioni ritornano rispettivamente l'indirizzo della stringa o un non
3829 negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} per un errore o per la
3834 La funzione \func{fgetws} legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal
3835 file \param{stream} al buffer \param{ws}, mentre la funzione \func{fputws}
3836 scrive la linea \param{ws} di caratteri estesi sul file indicato
3837 da \param{stream}. Il comportamento di queste due funzioni è identico a
3838 quello di \func{fgets} e \func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di
3839 caratteri massimo, terminatore della stringa, \textit{newline}) è espresso in
3840 termini di caratteri estesi anziché di normali caratteri ASCII.
3842 Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea la
3843 \acr{glibc} supporta una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle
3844 illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono
3845 esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock
3846 implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come
3847 per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro
3848 analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}.
3850 Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea
3851 previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché
3852 \func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può comunque dare
3853 risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi infatti saranno
3854 scritti sul buffer di uscita e la stringa in output apparirà come più corta
3855 dei byte effettivamente letti. Questa è una condizione che è sempre possibile
3856 controllare (deve essere presente un \textit{newline} prima della effettiva
3857 conclusione della stringa presente nel buffer), ma a costo di una
3858 complicazione ulteriore della logica del programma. Lo stesso dicasi quando si
3859 deve gestire il caso di stringa che eccede le dimensioni del buffer.
3861 Per questo motivo la \acr{glibc} prevede, come estensione GNU, due nuove
3862 funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di
3863 risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato
3864 definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere
3865 \headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una
3866 linea terminata da un \textit{newline}, esattamente allo stesso modo di
3867 \func{fgets}, il suo prototipo è:
3871 \fdecl{ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)}
3872 \fdesc{Legge una riga da uno \textit{stream}.}
3875 {La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di successo e $-1$
3876 per un errore o per il raggiungimento della fine del file.}
3879 La funzione legge una linea dal file \param{stream} copiandola sul buffer
3880 indicato da \param{buffer} riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer
3881 e la sua dimensione vengono sempre riscritte). Permette così di eseguire una
3882 lettura senza doversi preoccupare della eventuale lunghezza eccessiva della
3885 Essa prende come primo argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si
3886 vuole copiare la linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in
3887 precedenza con una \func{malloc}, non si può cioè passare come argomento primo
3888 argomento l'indirizzo di un puntatore ad una variabile locale. Come secondo
3889 argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile contenente le
3890 dimensioni del buffer suddetto.
3892 Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta
3893 subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova
3894 dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro, si noti infatti
3895 come entrambi gli argomenti siano dei \textit{value result argument}, per i
3896 quali vengono passati dei puntatori anziché i valori delle variabili, secondo
3897 quanto abbiamo descritto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}).
3899 Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e
3900 \var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria
3901 necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un
3902 puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può
3904 \includecodesnip{listati/getline.c}
3905 e per evitare \textit{memory leak} occorre ricordarsi di liberare la memoria
3906 allocata dalla funzione eseguendo una \func{free} su \var{ptr}.
3908 Il valore di ritorno di \func{getline} indica il numero di caratteri letti
3909 dallo \textit{stream}, quindi compreso il \textit{newline}, ma non lo zero di
3910 terminazione. Questo permette anche di distinguere anche gli eventuali zeri
3911 letti come dati dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione dopo
3912 il \textit{newline} per terminare la stringa. Se si è alla fine del file e
3913 non si è potuto leggere nulla o se c'è stato un errore la funzione restituisce
3916 La seconda estensione GNU per la lettura con l'I/O di linea è una
3917 generalizzazione di \func{getline} per poter usare come separatore delle linee
3918 un carattere qualsiasi al posto del \textit{newline}. La funzione si chiama
3919 \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è:
3923 \fdecl{size\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)}
3924 \fdesc{Legge da uno \textit{stream} una riga delimitata da un carattere
3928 {La funzione ha gli stessi valori di ritorno e gli stessi errori di
3932 La funzione è identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto
3933 del carattere di \textit{newline} come separatore di linea. Il comportamento
3934 di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline}, che può essere
3935 implementata da \func{getdelim} passando ``\verb|\n|'' come valore
3936 dell'argomento \param{delim}.
3939 \subsection{Input/output formattato}
3940 \label{sec:file_formatted_io}
3942 L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle
3943 caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa
3944 è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché
3945 permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi.
3947 L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia
3948 \func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e
3949 \funcd{sprintf}, i cui prototipi sono:
3953 \fdecl{int printf(const char *format, ...)}
3954 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
3955 \fdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)}
3956 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
3957 \fdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)}
3958 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3961 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
3962 valore negativo per un errore.}
3966 Le funzioni usano la stringa \param{format} come indicatore del formato con
3967 cui dovrà essere scritto il contenuto degli argomenti, il cui numero è
3968 variabile e dipende dal formato stesso.
3970 Le prime due servono per scrivere su file (lo \textit{standard output} o
3971 quello specificato) la terza permette di scrivere su una stringa, in genere
3972 l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la
3973 sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le
3974 dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e
3975 possibili \textit{buffer overflow}. Per questo motivo si consiglia l'uso
3976 dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo è:
3980 \fdecl{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)}
3981 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
3984 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
3988 \noindent la funzione è identica a \func{sprintf}, ma non scrive
3989 su \param{str} più di \param{size} caratteri, garantendo così che il buffer
3990 non possa essere sovrascritto.
3995 \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|}
3997 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\
4000 \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale
4002 \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%d} in output.\\
4003 \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\
4004 \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato
4005 decimale senza segno.\\
4007 \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale,
4008 rispettivamente con lettere minuscole e
4010 \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la
4011 notazione a virgola fissa.\\
4013 \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
4014 notazione esponenziale, rispettivamente con
4015 lettere minuscole e maiuscole.\\
4017 \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la
4018 notazione più appropriate delle due precedenti,
4019 rispettivamente con lettere minuscole e
4022 \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in
4023 notazione esadecimale frazionaria.\\
4024 \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\
4025 \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\
4026 \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\
4027 \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\
4028 \cmd{\%\%}& & Stampa un ``\texttt{\%}''.\\
4031 \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una
4032 stringa di formato di \func{printf}.}
4033 \label{tab:file_format_spec}
4036 La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato
4037 della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui
4038 deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire:
4039 si noti come tutte queste funzioni siano ``\textit{variadic}'', prendendo un
4040 numero di argomenti variabile che dipende appunto da quello che si è
4041 specificato in \param{format}.
4043 La stringa di formato è costituita da caratteri normali (tutti eccetto
4044 ``\texttt{\%}''), che vengono passati invariati in uscita, e da direttive di
4045 conversione, in cui devono essere sempre presenti il carattere
4046 ``\texttt{\%}'', che introduce la direttiva, ed uno degli specificatori di
4047 conversione (riportati in tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude.
4049 Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili
4050 elementi opzionali oltre al carattere ``\cmd{\%}'' e allo specificatore di
4051 conversione. In generale essa è sempre del tipo:
4053 % [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione
4055 in cui tutti i valori tranne il ``\texttt{\%}'' e lo specificatore di
4056 conversione sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre);
4057 si possono usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere
4058 specificati in questo ordine:
4060 \item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un carattere
4062 \item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in
4063 tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della
4065 \item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente
4066 seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione
4067 (un altro numero decimale),
4068 \item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui
4069 valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}).
4075 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4077 \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\
4080 \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa.\\
4081 \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\
4082 \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\
4083 \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore
4085 \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\
4088 \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}}
4089 \label{tab:file_format_flag}
4092 Dettagli ulteriori sulle varie opzioni di stampa e su tutte le casistiche
4093 dettagliate dei vari formati possono essere trovati nella pagina di manuale di
4094 \func{printf} e nella documentazione della \acr{glibc}.
4099 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4101 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4104 \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza
4105 segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di
4107 \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o
4108 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4109 è di tipo \ctyp{short}.\\
4110 \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o
4111 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4112 è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti
4113 sono in formato esteso.\\
4114 \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o
4115 senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n}
4116 è di tipo \ctyp{long long}.\\
4117 \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un
4119 \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\
4120 \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{intmax\_t} o
4121 \ctyp{uintmax\_t}.\\
4122 \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{size\_t} o
4124 \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{ptrdiff\_t}.\\
4127 \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}}
4128 \label{tab:file_format_type}
4131 Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono
4132 di usare il puntatore ad una lista variabile di argomenti (vedi
4133 sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, \funcd{vfprintf} e
4134 \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono:
4138 \fdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)}
4139 \fdesc{Scrive una stringa formattata sullo \textit{standard output}.}
4140 \fdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)}
4141 \fdesc{Scrive una stringa formattata su uno \textit{stream}.}
4142 \fdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)}
4143 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4146 {Le funzioni ritornano il numero di caratteri scritti in caso di successo e un
4147 valore negativo per un errore.}
4150 Con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che si
4151 vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista
4152 tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista
4153 variabile degli argomenti dovrà essere opportunamente trattata (l'argomento è
4154 esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo l'esecuzione della funzione
4155 l'argomento \param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere
4156 eseguito un \code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario).
4158 Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga
4159 \funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono
4160 scritti sulla stringa di destinazione:
4164 \fdecl{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)}
4165 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4168 {La funzione ha lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
4172 \noindent in modo da evitare possibili \textit{buffer overflow}.
4175 Per eliminare alla radice questi problemi, la \acr{glibc} supporta una
4176 specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario;
4177 l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due
4178 funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi
4183 \fdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)}
4184 \fdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)}
4185 \fdesc{Scrive una stringa formattata su un buffer.}
4188 {Le funzioni hanno lo stesso valore di ritorno e gli stessi errori di
4193 Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere
4194 l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà
4195 restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a
4196 proposito dei \textit{value result argument}) l'indirizzo della stringa
4197 allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre inoltre ricordarsi di
4198 invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando la stringa non serve
4199 più, onde evitare \textit{memory leak}.
4201 % TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf}
4203 Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e
4204 \funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello
4205 \textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri
4206 estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti
4207 funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in
4208 dettaglio nella documentazione della \acr{glibc}.
4210 In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per
4211 l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della
4212 famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf},
4213 \funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono:
4217 \fdecl{int scanf(const char *format, ...)}
4218 \fdesc{Esegue la scansione di dati dallo \textit{standard input}.}
4219 \fdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)}
4220 \fdesc{Esegue la scansione di dati da uno \textit{stream}. }
4221 \fdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)}
4222 \fdesc{Esegue la scansione di dati da un buffer.}
4225 {La funzione ritorna il numero di elementi assegnati in caso di successo e
4226 \val{EOF} per un errore o se si raggiunta la fine del file.}
4229 Le funzioni eseguono una scansione della rispettiva fonte di input cercando
4230 una corrispondenza di quanto letto con il formato dei dati specificato
4231 da \param{format}, ed effettua le relative conversioni memorizzando il
4232 risultato negli argomenti seguenti, il cui numero è variabile e dipende dal
4233 valore di \param{format}. Come per le analoghe funzioni di scrittura esistono
4234 le relative \funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un
4235 puntatore ad una lista di argomenti. Le funzioni ritornano il numero di
4236 elementi assegnati. Questi possono essere in numero inferiore a quelli
4237 specificati, ed anche zero. Quest'ultimo valore significa che non si è trovata
4240 Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i
4241 puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un
4242 primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa
4245 Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di
4246 input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la
4247 sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di
4248 \func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono
4249 più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato
4250 in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero
4251 qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori,
4252 virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza
4253 esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e
4254 si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale della
4257 Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli
4258 eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le
4259 conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non
4260 sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene
4261 interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo
4262 \textit{stream} al primo carattere che non corrisponde.
4264 Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta
4265 cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente
4266 soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso
4267 recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non
4268 è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input
4269 relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare
4270 scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di
4271 conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più
4272 facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma
4273 \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di
4274 analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale
4275 \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o
4276 \cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di
4277 parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo
4278 manuale \cite{bison}.} per generare un parser.
4282 \section{Funzioni avanzate}
4283 \label{sec:file_stream_adv_func}
4285 In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di
4286 eseguire operazioni di basso livello nella gestione degli \textit{stream},
4287 come leggerne gli attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione,
4288 gestire in maniera esplicita i lock impliciti presenti ad uso della
4289 programmazione \textit{multi-thread}.
4292 \subsection{Le funzioni di controllo}
4293 \label{sec:file_stream_cntrl}
4295 Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del
4296 C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli
4297 attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file
4298 descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere il valore di
4299 quest'ultimo; il suo prototipo è:
4303 \fdecl{int fileno(FILE *stream)}
4304 \fdesc{Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream}.}
4307 {La funzione ritorna il numero del file descriptor in caso di successo e $-1$
4308 per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF}
4309 se \param{stream} non è valido.}
4312 In questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl} sul file
4313 descriptor sottostante, ma anche se questo permette di accedere agli attributi
4314 del file descriptor sottostante lo \textit{stream}, non ci dà nessuna
4315 informazione riguardo alle proprietà dello \textit{stream} medesimo. La
4316 \acr{glibc} però supporta alcune estensioni derivate da Solaris, che
4317 permettono di ottenere informazioni utili relative allo \textit{stream}.
4319 Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo
4320 \textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa
4321 informazione non è disponibile, e ci si deve ricordare come è stato aperto il
4322 file. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in una
4323 subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive rispetto
4324 al semplice puntatore allo \textit{stream}. Questo problema può essere risolto
4325 con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui
4329 \fhead{stdio\_ext.h}
4330 \fdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)}
4331 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la lettura.}
4332 \fdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)}
4333 \fdesc{Controlla se uno \textit{stream} consente la scrittura.}
4336 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4337 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4340 \noindent che permettono di ottenere questa informazione.
4342 La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto
4343 è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del
4344 suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting}
4345 servono a tale scopo, il loro prototipo è:
4348 \fhead{stdio\_ext.h}
4349 \fdecl{int \_\_freading(FILE *stream)}
4350 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di lettura.}
4351 \fdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)}
4352 \fdesc{Controlla l'ultima operazione di scrittura.}
4355 {Le funzioni ritornano un valore diverso da $0$ se l'operazione richiesta è
4356 consentita, non sono previste condizioni di errore.}
4359 La funzione \func{\_\_freading} restituisce un valore diverso da zero
4360 se \param{stream} è aperto in sola lettura o se l'ultima operazione è stata di
4361 lettura mentre \func{\_\_fwriting} restituisce un valore diverso da zero
4362 se \param{stream} è aperto in sola scrittura o se l'ultima operazione è stata
4365 Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima
4366 operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura;
4367 ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura)
4368 la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è
4369 quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni
4370 rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata.
4373 \subsection{Il controllo della bufferizzazione}
4374 \label{sec:file_buffering_ctrl}
4376 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una
4377 serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli
4378 \textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene
4379 decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer
4380 vengono allocati automaticamente.
4382 Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto
4383 operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la
4384 funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il
4389 \fdecl{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size\_t size)}
4390 \fdesc{Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream}.}
4393 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un altro valore qualunque per
4394 un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà un valore appropriato.}
4397 La funzione imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream}
4398 nella modalità indicata da \param{mode} con uno dei valori di
4399 tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}, usando \param{buf} come buffer di
4400 lunghezza \param{size} e permette di controllare tutti gli aspetti della
4401 bufferizzazione. L'utente può specificare un buffer da usare al posto di
4402 quello allocato dal sistema passandone alla funzione l'indirizzo
4403 in \param{buf} e la dimensione in \param{size}.
4408 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
4410 \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\
4413 \constd{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\
4414 \constd{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\
4415 \constd{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\
4418 \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf}
4419 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4420 \label{tab:file_stream_buf_mode}
4423 Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere
4424 stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo
4425 \textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo
4426 dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una
4427 funzione, può anche essere usata una variabile automatica. In
4428 \headfile{stdio.h} è definita la costante \constd{BUFSIZ}, che indica le
4429 dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}, queste vengono usate
4430 dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale dimensione
4431 corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda del
4434 Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei
4435 rischi, come delle scritture accidentali sul buffer, e non assicura la scelta
4436 delle dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle
4437 funzioni di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e
4438 trasparente all'utente (in quanto la deallocazione avviene
4439 automaticamente). Inoltre siccome alcune implementazioni usano parte del
4440 buffer per mantenere delle informazioni di controllo, non è detto che le
4441 dimensioni dello stesso coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O.
4443 Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore
4444 \val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size}
4445 usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque
4446 modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli
4447 opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si
4448 specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size}
4449 vengono sempre ignorati.
4451 Oltre a \func{setvbuf} la \acr{glibc} definisce altre tre funzioni per la
4452 gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf},
4453 \funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}, i rispettivi prototipi sono:
4457 \fdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)}
4458 \fdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)}
4459 \fdesc{Impostano il buffer per uno \textit{stream}.}
4460 \fdecl{void setlinebuf(FILE *stream)}
4461 \fdesc{Porta uno \textit{stream} in modalità \textit{line buffered}.}
4464 {Le funzioni non ritornano niente e non hanno condizioni di errore.}
4468 La funzione \func{setbuf} disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è
4469 \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} come buffer di dimensione
4470 \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}, mentre \func{setbuffer}
4471 disabilita la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti
4472 usa \param{buf} come buffer di dimensione \param{size} in modalità
4473 \textit{fully buffered}. Tutte queste funzioni sono realizzate con opportune
4474 chiamate a \func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le
4475 vecchie librerie BSD, pertanto non è il caso di usarle se non per la
4476 portabilità su vecchi sistemi.
4478 Infine la \acr{glibc} provvede le funzioni non standard, anche queste
4479 originarie di Solaris, \funcd{\_\_flbf} e \funcd{\_\_fbufsize} che permettono
4480 di leggere le proprietà di bufferizzazione di uno \textit{stream}; i cui
4484 \fhead{stdio\_ext.h}
4485 \fdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)}
4486 \fdesc{Restituisce le dimensioni del buffer di uno \textit{stream}.}
4487 \fdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)}
4488 \fdesc{Controlla la modalità di bufferizzazione di uno \textit{stream}.}
4491 {Le funzioni ritornano rispettivamente la dimensione del buffer o un valore
4492 non nullo se lo \textit{stream} è in modalità \textit{line-buffered}, non
4493 sono previste condizioni di errore.}
4496 Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione
4497 scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione
4498 \funcd{fflush}, il cui prototipo è:
4502 \fdecl{int fflush(FILE *stream)}
4503 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati di uno \textit{stream}.}
4506 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore, nel
4507 qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{EBADF} se \param{stream}
4508 non è aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di
4512 \noindent anche di questa funzione esiste una analoga \func{fflush\_unlocked}
4513 (accessibile definendo una fra \macro{\_BSD\_SOURCE}, \macro{\_SVID\_SOURCE} o
4514 \macro{\_GNU\_SOURCE}) che non effettua il blocco dello \textit{stream}.
4516 % TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}?
4518 Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli
4519 \textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole
4520 essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve
4521 poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità
4522 \textit{line buffered}. Per fare questo la \acr{glibc} supporta una
4523 estensione di Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è:
4527 \fdecl{void \_flushlbf(void)}
4528 \fdesc{Forza la scrittura dei dati bufferizzati degli \textit{stream} in
4529 modalità \textit{line buffered}.}
4532 {La funzione non ritorna nulla e non presenta condizioni di errore.}
4535 Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste
4536 funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il
4537 kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre
4538 usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}).
4540 Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output
4541 pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è:
4545 \fdecl{int fpurge(FILE *stream)}
4546 \fdesc{Cancella i buffer di uno \textit{stream}.}
4549 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e \val{EOF} per un errore.}
4552 La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in
4553 scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura),
4554 compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}.
4557 \subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}}
4558 \label{sec:file_stream_thread}
4561 Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread}
4562 allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve
4563 essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i
4564 \textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata
4565 pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i
4568 Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto
4569 ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle
4570 funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream}
4571 devono essere opportunamente protette, in quanto il sistema assicura
4572 l'atomicità solo per le \textit{system call}. Questo viene fatto associando ad
4573 ogni \textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente
4574 acquisito prima dell'esecuzione di qualunque operazione.
4576 Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un
4577 \textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo
4578 \textit{stream} atomicamente. Per questo motivo le librerie provvedono anche
4579 le funzioni \funcd{flockfile} e \funcd{funlockfile} che permettono la gestione
4580 esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}. Esse sono disponibili definendo
4581 \macrod{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro prototipi sono:
4585 \fdecl{void flockfile(FILE *stream)}
4586 \fdesc{Acquisisce il lock su uno \textit{stream}.}
4587 \fdecl{void funlockfile(FILE *stream)}
4588 \fdesc{Rilascia il lock su uno \textit{stream}.}
4590 {Le funzioni non ritornano nulla e non sono previste condizioni di errore.}
4593 La funzione \func{flockfile} esegue l'acquisizione del lock dello
4594 \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se questo risulta non è
4595 disponibile, mentre \func{funlockfile} rilascia un lock che si è
4596 precedentemente acquisito.
4598 Una terza funzione, che serve a provare ad acquisire un lock senza bloccarsi
4599 qualora non sia possibile, è \funcd{ftrylockfile}, il cui prototipo è:
4603 \fdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)}
4604 \fdesc{Tenta l'acquisizione del lock di uno \textit{stream}.}
4607 {La funzione ritorna $0$ in caso di acquisizione del lock ed un altro valore
4608 qualunque altrimenti, non sono previste condizioni di errore.}
4611 Con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed eseguire tutte le
4612 operazioni volute, per poi rilasciarlo. Ma, vista la complessità delle
4613 strutture di dati coinvolte, le operazioni di blocco non sono del tutto
4614 indolori, e quando il locking dello \textit{stream} non è necessario (come in
4615 tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), tutta la procedura può
4616 comportare dei costi pesanti in termini di prestazioni.
4618 Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O non
4619 formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune previste
4620 dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalla \acr{glibc})
4621 che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in certi casi
4622 dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più efficienti,
4623 anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia stato
4624 acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che spesso
4625 queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono realizzate
4628 La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni
4629 \code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un
4630 lavoro abbastanza noioso. Per questo motivo la \acr{glibc} fornisce al
4631 programmatore pigro un'altra via, anche questa mutuata da estensioni
4632 introdotte in Solaris, da poter utilizzare per disabilitare in blocco il
4633 locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking},
4637 \fhead{stdio\_ext.h}
4638 \fdecl{int \_\_fsetlocking(FILE *stream, int type)}
4639 \fdesc{Specifica se abilitare il locking su uno \textit{stream}.}
4642 {La funzione ritorna stato di locking interno dello \textit{stream}, non sono
4643 previste condizioni di errore.}
4646 La funzione imposta o legge lo stato della modalità in cui le operazioni di
4647 I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto all'acquisizione implicita
4648 del locking a seconda del valore specificato con \param{type}, che può
4649 assumere uno dei valori indicati in tab.~\ref{tab:file_fsetlocking_type}.
4654 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
4656 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4659 \constd{FSETLOCKING\_INTERNAL}& Lo \textit{stream} userà da ora in poi il
4660 blocco implicito predefinito.\\
4661 \constd{FSETLOCKING\_BYCALLER}& Al ritorno della funzione sarà l'utente a
4662 dover gestire da solo il locking dello
4664 \constd{FSETLOCKING\_QUERY} & Restituisce lo stato corrente della
4665 modalità di blocco dello
4669 \caption{Valori dell'argomento \param{type} di \func{\_\_fsetlocking}
4670 per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.}
4671 \label{tab:file_fsetlocking_type}
4674 La funzione, se usata con \const{FSETLOCKING\_QUERY}, non modifica la modalità
4675 di operazione ma restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream}
4676 con uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o
4677 \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.
4679 % TODO trattare \func{clearerr\_unlocked}
4683 %%% Local Variables:
4685 %%% TeX-master: "gapil"
4688 % LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens
4689 % LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD
4690 % LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line
4691 % LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const
4692 % LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab
4693 % LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP inode fd
4694 % LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close
4695 % LocalWords: sync fcloseall void stdlib of feof ferror clearerr ws VFS table
4696 % LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str
4697 % LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead unsigned ap process
4698 % LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar struct
4699 % LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di
4700 % LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak
4701 % LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short
4702 % LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list
4703 % LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex
4704 % LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex
4705 % LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos
4706 % LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable
4707 % LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf
4708 % LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh
4709 % LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile files fig flags
4710 % LocalWords: locking fsetlocking type virtual operation dentry unistd sys AT
4711 % LocalWords: modification hole functions pathname EEXIST CREAT EINTR attack
4712 % LocalWords: EISDIR EFBIG EOVERFLOW ELOOP NOFOLLOW ENODEV ENOENT ENOTDIR fork
4713 % LocalWords: EMFILE ENAMETOOLONG ENFILE ENOMEM ENOSPC EROFS exec access RDWR
4714 % LocalWords: RDONLY ioctl AND ACCMODE creation Denial Service DoS opendir NFS
4715 % LocalWords: SOURCE LARGEFILE BITS NOCTTY TRUNC SHLOCK shared EXLOCK race SGI
4716 % LocalWords: exclusive condition change ASYNC SIGIO CLOEXEC DIRECT NDELAY EIO
4717 % LocalWords: DSYNC FASYNC IRIX FreeBSD EINVAL client RSYNC creat filedes INCR
4718 % LocalWords: behind shutdown ESPIPE XTND truncate fallocate count EAGAIN log
4719 % LocalWords: timerfd Specification pwrite pread define XOPEN EPIPE SIGPIPE at
4720 % LocalWords: caching cache update bdflush fdatasync fstat oldfd newfd DUPFD
4721 % LocalWords: openat mkdirat mkdir proc ATFILE dirfd FDCWD utimes lutimes uid
4722 % LocalWords: utimensat faccessat fchmodat chmod fchownat chown lchown fstatat
4723 % LocalWords: lstat linkat mknodat mknod readlinkat readlink renameat rename
4724 % LocalWords: symlinkat symlink unlinkat unlink rmdir mkfifoat mkfifo owner is
4725 % LocalWords: gid group FOLLOW REMOVEDIR cmd arg flock SETFD GETFD GETFL SETFL
4726 % LocalWords: GETLK SETLK SETLKW GETOWN PID Signal SIGURG SETOWN GETSIG SETSIG
4727 % LocalWords: sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease GETLEASE NOTIFY request
4728 % LocalWords: everything framebuffer ENOTTY argp CDROM lsattr chattr magic TID
4729 % LocalWords: number FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO FIOSETOWN FIOGETOWN pid
4730 % LocalWords: FIONREAD epoll FIOQSIZE side effects SAFE BYCALLER QUERY EACCES
4731 % LocalWords: EBUSY OpenBSD syncfs futimes timespec only init ESRCH kill NTPL
4732 % LocalWords: ENXIO NONBLOCK WRONLY EPERM NOATIME ETXTBSY EWOULDBLOCK PGRP SZ
4733 % LocalWords: EFAULT capabilities GETPIPE SETPIPE RESOURCE dell'I all' NFSv
4735 %%% Local Variables:
4737 %%% TeX-master: "gapil"
4740 % LocalWords: nell' du vm Documentation Urlich Drepper futimesat times l'I
4741 % LocalWords: futimens fs Tread all'I ll TMPFILE EDQUOT extN Minix UDF XFS
4742 % LocalWords: shmem Btrfs ubifs tmpfile fchmod fchown fsetxattr fchdir PF
4743 % LocalWords: fstatfs sull' SIGTTIN EDESTADDRREQ datagram connect seal
4744 % LocalWords: dirty execveat execve scandirat statx
projects / gapil.git / blob