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12 \chapter{I file: l'interfaccia standard Unix}
13 \label{cha:file_unix_interface}
16 Esamineremo in questo capitolo la prima delle due interfacce di programmazione
17 per i file, quella dei \index{file!descriptor} \textit{file descriptor},
18 nativa di Unix. Questa è l'interfaccia di basso livello provvista direttamente
19 dalle system call, che non prevede funzionalità evolute come la
20 bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura formattata, e sulla quale è
21 costruita anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI C che affronteremo
22 al cap.~\ref{cha:files_std_interface}.
26 \section{L'architettura di base}
27 \label{sec:file_base_arch}
29 In questa sezione faremo una breve introduzione sull'architettura su cui è
30 basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con
31 differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in
32 tutte le implementazione di un sistema unix-like.
35 \subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
38 \index{file!descriptor|(}
40 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
41 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso (si ricordi
42 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa aprendo il file
43 con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare \index{inode} l'inode
44 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
45 il VFS mette a disposizione (riportate in
46 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
47 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
48 impedendo ogni ulteriore operazione.
50 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
51 negativo, chiamato appunto \textit{file descriptor}.
52 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
53 tutte le ulteriori operazioni saranno compiute specificando questo stesso
54 valore come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
56 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
57 kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Il kernel mantiene sempre
58 un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \itindex{process~table}
59 \textit{process table} ed un elenco dei file aperti nella
60 \itindex{file~table} \textit{file table}.
62 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
63 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. In Linux ciascuna voce è
64 costituita da una struttura di tipo \struct{task\_struct} nella quale sono
65 raccolte tutte le informazioni relative al processo; fra queste informazioni
66 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
67 \struct{files\_struct}, in cui sono contenute le informazioni relative ai file
68 che il processo ha aperto, ed in particolare:
70 \item i flag relativi ai file descriptor.
71 \item il numero di file aperti.
72 \item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
73 \itindex{file~table} \textit{file table} per ogni file aperto.
75 il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
78 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
79 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da
80 strutture di tipo \struct{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie
81 informazioni relative al file, fra cui:
83 \item lo stato del file (nel campo \var{f\_flags}).
84 \item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file (nel
86 \item un puntatore \index{inode} all'inode\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
87 realtà passati ad un puntatore ad una struttura \struct{dentry} che punta
88 a sua volta \index{inode} all'inode passando per la nuova struttura del
90 %\item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
91 % \var{f\_op} descritta in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
95 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata
96 questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le
97 varie strutture di dati sulla quale essa è basata.
98 Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per
99 capire i dettagli del funzionamento dell'interfaccia dei \textit{file
102 \index{file!descriptor|)}
106 \includegraphics[width=13cm]{img/procfile}
107 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
108 l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
109 \label{fig:file_proc_file}
114 \subsection{I file standard}
115 \label{sec:file_std_descr}
117 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
118 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
119 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non ne è
120 stato chiuso nessuno in precedenza).
122 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
123 processo viene lanciato dalla shell con almeno tre file aperti. Questi, per
124 quanto appena detto, avranno come \index{file!descriptor} \textit{file
125 descriptor} i valori 0, 1 e 2. Benché questa sia soltanto una convenzione,
126 essa è seguita dalla gran parte delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe
127 portare a gravi problemi di interoperabilità.
129 Il primo file è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}; è cioè
130 il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in ingresso. Il
131 secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci
132 si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita. Il terzo è lo
133 \textit{standard error}, su cui viene inviata l'uscita relativa agli errori.
134 Nel caso della shell tutti questi file sono associati al terminale di
135 controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per l'ingresso e
136 alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1 provvede, al
137 posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
138 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
143 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
145 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
148 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
150 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
152 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
156 \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti
157 alla creazione di ogni processo.}
158 \label{tab:file_std_files}
161 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa,
162 facendo riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è
163 associato ad un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard
164 error} sono entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo
165 stesso \index{inode} inode).
167 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
168 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
169 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
170 descriptor dentro \struct{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel
171 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
172 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
173 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
177 \section{Le funzioni base}
178 \label{sec:file_base_func}
180 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
181 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
182 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
183 chiudere un file. La gran parte delle operazioni sui file si effettua
184 attraverso queste cinque funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O
185 non bufferizzato dato che effettuano le operazioni di lettura e scrittura
186 usando direttamente le system call del kernel.
189 \subsection{La funzione \func{open}}
190 \label{sec:file_open}
192 La funzione \funcd{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
193 quella che crea l'associazione fra un \itindex{pathname} \textit{pathname} ed
194 un \index{file!descriptor} file descriptor, il suo prototipo è:
196 \headdecl{sys/types.h}
197 \headdecl{sys/stat.h}
199 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
200 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
201 Apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata da
202 \param{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
203 specificati da \param{mode}.
205 \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$
206 in caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno
209 \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
210 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
211 \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
212 l'accesso in scrittura.
213 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
214 \param{pathname} non è una directory.
215 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o
216 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
217 processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
219 \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
220 dispositivo che non esiste.
221 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
222 di un programma in esecuzione.
223 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel
224 risolvere il \textit{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
225 \param{pathname} è un link simbolico.
227 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
228 \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM},
229 \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.}
233 La funzione apre il file usando il primo file descriptor libero, e crea
234 l'opportuna voce, cioè la struttura \struct{file}, nella \itindex{file~table}
235 \textit{file table} del processo. Viene sempre restituito come valore di
236 ritorno il file descriptor con il valore più basso disponibile.
238 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
239 opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
240 \index{file!di lock} \textsl{file di lock} possono incorrere in una
241 \itindex{race~condition} \textit{race condition}. Si consiglia come
242 alternativa di usare un file con un nome univoco e la funzione \func{link}
243 per verificarne l'esistenza (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
248 \begin{tabular}[c]{|l|p{13cm}|}
250 \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
252 \hline % modalità di accesso al file
253 \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura, le \acr{glibc}
254 definiscono anche \const{O\_READ} come sinonimo. \\
255 \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura, le \acr{glibc}
256 definiscono anche \const{O\_WRITE} come sinonimo. \\
257 \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura. \\
258 \hline % modalità di apertura del file
260 \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole di
261 titolarità del file viste in
262 sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Con questa
263 opzione l'argomento \param{mode} deve essere
265 \const{O\_EXCL} & Usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che
266 la precedente esistenza del file diventi un
267 errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
268 \func{open} con \errcode{EEXIST}.\\
269 \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in modalità non bloccante, e
270 comporta che \func{open} ritorni immediatamente anche
271 quando dovrebbe bloccarsi (l'opzione ha senso solo per
272 le fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}).\\
273 \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di
274 terminale, questo non diventerà il terminale di
275 controllo, anche se il processo non ne ha ancora uno
276 (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\
277 \const{O\_SHLOCK} & Apre il file con uno shared lock (vedi
278 sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
280 \const{O\_EXLOCK} & Apre il file con un lock esclusivo (vedi
281 sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
283 \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
284 ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o una
285 fifo viene ignorato, negli altri casi il
286 comportamento non è specificato.\\
287 \const{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un link simbolico la chiamata
288 fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux
289 dal kernel 2.1.126. Nelle versioni precedenti i link
290 simbolici sono sempre seguiti, e questa opzione è
292 \const{O\_DIRECTORY}&Se \param{pathname} non è una directory la chiamata
293 fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato
294 introdotto con il kernel 2.1.126 per evitare dei
295 \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
296 \textit{DoS}\protect\footnotemark\ quando
297 \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un
298 dispositivo associato ad una unità a nastri, non deve
299 dispositivo a nastri; non deve essere utilizzato
300 al di fuori dell'implementazione di \func{opendir}.\\
301 \const{O\_LARGEFILE}&Nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
302 grandi dimensioni consente di aprire file le cui
303 dimensioni non possono essere rappresentate da numeri
306 \hline % modalità di operazione coi file
307 \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
308 \textit{append mode}. Prima di ciascuna
309 scrittura la posizione corrente viene sempre impostata
310 alla fine del file. Con NFS si può avere una
311 corruzione del file se più di un processo scrive allo
312 stesso tempo.\footnotemark\\
313 \const{O\_NONBLOCK}& Il file viene aperto in modalità non bloccante per
314 le operazioni di I/O (che tratteremo in
315 sez.~\ref{sec:file_noblocking}): questo significa il
316 fallimento di \func{read} in assenza di dati da
317 leggere e quello di \func{write} in caso di
318 impossibilità di scrivere immediatamente. Questa
319 modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni file
321 \const{O\_NDELAY} & In Linux\footnotemark\ è sinonimo di
322 \const{O\_NONBLOCK}.\\
323 \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
324 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è
325 impostato viene generato il segnale \const{SIGIO}
326 tutte le volte che sono disponibili dati in input
328 \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono: ogni
329 \func{write} bloccherà fino al completamento della
330 scrittura di tutti i dati sull'hardware
332 \const{O\_FSYNC} & Sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD.\\
333 \const{O\_DSYNC} & Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente
334 dal kernel 2.1.130 come sinonimo di
336 \const{O\_RSYNC} & Variante analoga alla precedente, trattata allo stesso
338 \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
339 file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per molti
340 filesystem questa funzionalità non è disponibile per
341 il singolo file ma come opzione generale da
342 specificare in fase di montaggio.\\
343 \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dai buffer in user space
344 in maniera sincrona, in modo da scavalcare i
345 meccanismi di caching del kernel. In genere questo
346 peggiora le prestazioni tranne quando le
347 applicazioni\footnotemark ottimizzano il proprio
348 caching. Per i kernel della serie 2.4 si deve
349 garantire che i buffer in user space siano allineati
350 alle dimensioni dei blocchi del filesystem; per il
351 kernel 2.6 basta che siano allineati a multipli di 512
353 \const{O\_CLOEXEC} & Attiva la modalità di \textit{close-on-exec} (vedi
354 sez.~\ref{sec:file_sharing} e
355 \ref{sec:file_fcntl}).\footnotemark\\
358 \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
359 \label{tab:file_open_flags}
362 \footnotetext[3]{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial
363 of Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
364 causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
365 bloccato nelle risposte all'attacco.}
367 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in
368 \itindex{append~mode} \textit{append}, ed il kernel deve simularla, ma
369 questo comporta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
370 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}.}
372 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
373 una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
374 un'ambiguità, dato che come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno di
375 zero da parte di \func{read} ha il significato di una \textit{end-of-file}.}
377 \footnotetext[6]{l'opzione è stata introdotta dalla SGI in IRIX, e serve
378 sostanzialmente a permettere ad alcuni programmi (in genere database) la
379 gestione diretta della bufferizzazione dell'I/O in quanto essi sono in grado
380 di ottimizzarla al meglio per le loro prestazioni; l'opzione è presente
381 anche in FreeBSD, senza limiti di allineamento dei buffer. In Linux è stata
382 introdotta con il kernel 2.4.10, le versioni precedenti la ignorano.}
384 \footnotetext[7]{introdotto con il kernel 2.6.23, per evitare una \textit{race
385 condition} che si può verificare con i thread, fra l'apertura del file e
386 l'impostazione della suddetta modalità con \func{fcntl}.}
388 Questa caratteristica permette di prevedere qual è il valore del file
389 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
390 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
391 visti in sez.~\ref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
392 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
393 input (avrà cioè il file descriptor 0).
395 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo (torneremo
396 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
397 sez.~\ref{sec:file_sharing}) ed è impostato per restare aperto attraverso una
398 \func{exec} (come accennato in sez.~\ref{sec:proc_exec}); l'offset è impostato
401 L'argomento \param{mode} indica i permessi con cui il file viene creato; i
402 valori possibili sono gli stessi già visti in
403 sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
404 delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
405 filtrati dal valore di \itindex{umask} \textit{umask} (vedi
406 sez.~\ref{sec:file_perm_management}) per il processo.
408 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
409 dell'argomento \param{flags}. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
410 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
411 campo \var{f\_flags} della struttura \struct{file} (al solito si veda lo schema
412 di fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Essi sono divisi in tre categorie
415 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
416 si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
417 lettura/scrittura. Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
418 si apre un file. Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
419 essere riletti con \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status flag}),
420 ma non possono essere modificati.
421 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
422 alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
423 eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
424 sono memorizzati né possono essere riletti.
425 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
426 alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
427 (come \func{read} o \func{write}). Anch'essi fan parte del \textit{file
428 status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di \func{open}, ma
429 possono essere riletti e modificati (insieme alle caratteristiche operative
430 che controllano) con una \func{fcntl}.
433 In tab.~\ref{tab:file_open_flags} sono riportate, ordinate e divise fra loro
434 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
435 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra loro con
436 un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
437 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open}. I due flag
438 \const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono estensioni specifiche di
439 Linux, e deve essere definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli
442 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
443 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
444 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
445 \funcd{creat}, il cui prototipo è:
446 \begin{prototype}{fcntl.h}
447 {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
448 Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \param{mode}. È del
449 tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
451 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
455 \subsection{La funzione \func{close}}
456 \label{sec:file_close}
458 La funzione \funcd{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
459 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
460 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
461 Chiude il descrittore \param{fd}.
463 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
464 errore, con \var{errno} che assume i valori:
466 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido.
467 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
469 ed inoltre \errval{EIO}.}
472 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking}
473 \index{file!locking} è trattato in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il
474 processo poteva avere acquisito su di esso; se \param{fd} è l'ultimo
475 riferimento (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella
476 \itindex{file~table} \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il file
477 descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo viene
480 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
481 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
482 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
483 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
484 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
485 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
486 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
487 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
488 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
489 e le quote su disco.}
491 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
492 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
493 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
494 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
495 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
496 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
497 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
498 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
501 \subsection{La funzione \func{lseek}}
502 \label{sec:file_lseek}
504 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
505 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
506 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \struct{file}) espressa da un numero intero
507 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
508 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
509 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
511 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode}
512 \const{O\_APPEND}) questa posizione viene impostata a zero all'apertura del
513 file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la funzione
514 \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
516 \headdecl{sys/types.h}
518 \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
519 Imposta la posizione attuale nel file.
521 \bodydesc{La funzione ritorna il valore della posizione corrente in caso di
522 successo e $-1$ in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
525 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
526 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
528 ed inoltre \errval{EBADF}.}
531 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
532 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
533 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
534 questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
535 \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}:
536 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
537 \item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore
538 (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione
540 \item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
541 ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
542 per ottenere la nuova posizione corrente.
543 \item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
544 del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
545 per ottenere la nuova posizione corrente.
548 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
549 impostare la posizione corrente anche oltre la fine del file, e alla
550 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessun accesso
551 al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il valore
552 \var{f\_pos} in \param{file}, vedi fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che la
553 funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per \param{offset}
554 si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la funzione con
555 \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
557 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
558 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
559 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
560 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
561 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
562 condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}).
564 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
565 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. Questo, oltre che
566 per i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che
567 non supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
568 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
569 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
570 POSIX però non specifica niente in proposito. Infine alcuni file speciali, ad
571 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
575 \subsection{La funzione \func{read}}
576 \label{sec:file_read}
579 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
580 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \funcd{read}, il cui
582 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
584 Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} al buffer
587 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
588 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
590 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
591 aver potuto leggere qualsiasi dato.
592 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
593 era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
595 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
596 \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
597 natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
600 La funzione tenta di leggere \param{count} byte a partire dalla posizione
601 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
602 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
603 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato. Si deve sempre tener
604 presente che non è detto che la funzione \func{read} restituisca sempre il
605 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
606 può restituire un numero di byte inferiore; questo è un comportamento normale,
607 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
609 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
610 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
611 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
612 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
613 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La
614 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
615 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
616 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
617 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
619 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
620 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
621 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
622 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
623 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
624 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
625 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
626 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
628 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
629 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
630 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
631 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
632 dati ricevuti fino al momento della lettura.
634 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
635 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
636 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
637 interrotta da un segnale; in tal caso l'azione da intraprendere è quella di
638 rieseguire la funzione. Torneremo in dettaglio sull'argomento in
639 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto
640 in modalità non bloccante (vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e non ci sono
641 dati in ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
642 \errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante
643 \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con le \acr{glibc}, questa è sinonima di
644 \errcode{EAGAIN}.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
645 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo.
647 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
648 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
649 Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
650 state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
651 l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
652 aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
653 delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
654 normalmente Unix98, vedi sez.~\ref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
655 definizione di un'altra funzione di lettura, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
656 \begin{prototype}{unistd.h}
657 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
659 Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd}, a partire dalla
660 posizione \param{offset}, nel buffer \param{buf}.
662 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
663 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
664 visti per \func{read} e \func{lseek}.}
667 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
668 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \func{offset} che indica una
669 posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno. La
670 funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza modificare la
673 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
674 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
675 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
676 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
677 (vedi sez.~\ref{sec:file_sharing}). Il valore di
678 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
680 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
681 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
682 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
684 #define _XOPEN_SOURCE 500
686 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
687 dichiarazioni \file{unistd.h}.
691 \subsection{La funzione \func{write}}
692 \label{sec:file_write}
694 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
695 scrivere su di esso utilizzando la funzione \funcd{write}, il cui prototipo è:
696 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
698 Scrive \param{count} byte dal buffer \param{buf} sul file \param{fd}.
700 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
701 e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
704 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
706 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
707 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
708 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
709 \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
710 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
711 \const{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
712 funzione ritorna questo errore.
713 \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
714 potuto scrivere qualsiasi dato.
715 \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
716 modalità \const{O\_NONBLOCK}.
718 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
719 \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori
720 dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
723 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
724 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
725 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
726 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
727 alla fine del file. Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
728 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
729 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
730 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
732 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
733 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
734 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
735 stesso comportamento di \func{read}.
737 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
738 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
739 nel file, il suo prototipo è:
740 \begin{prototype}{unistd.h}
741 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
743 Cerca di scrivere sul file \param{fd}, a partire dalla posizione
744 \param{offset}, \param{count} byte dal buffer \param{buf}.
746 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
747 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
748 visti per \func{write} e \func{lseek}.}
750 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
753 \section{Caratteristiche avanzate}
754 \label{sec:file_adv_func}
756 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
757 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
758 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
759 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
760 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
763 \subsection{La condivisione dei files}
764 \label{sec:file_sharing}
766 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
767 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
768 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
769 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
770 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
774 \includegraphics[width=15cm]{img/filemultacc}
775 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
777 \label{fig:file_mult_acc}
780 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
781 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
782 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
783 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
784 diverso file descriptor nella sua \struct{file\_struct}. Entrambe le voci
785 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
786 stesso \index{inode} inode su disco.
788 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
789 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
790 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
791 table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
792 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
795 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
796 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
797 scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
798 automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size} \index{inode}
800 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
801 le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
802 prima impostata alla dimensione corrente del file letta \index{inode}
803 dall'inode. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
804 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
805 \var{f\_pos} nella struttura \struct{file} della \itindex{file~table}
806 \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
807 si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
808 dimensione corrente \index{inode} dall'inode.
813 \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar}
814 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
815 \label{fig:file_acc_child}
818 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
819 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table};
820 questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
821 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
822 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
823 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
824 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
825 \struct{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
827 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
828 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
829 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
830 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
831 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
832 \var{f\_pos} che è lo stesso per entrambi).
834 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
835 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
836 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
837 \struct{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono
838 associati anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è
839 \const{FD\_CLOEXEC}, detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono
840 tenuti invece in \struct{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun
841 processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di
842 condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
846 \subsection{Operazioni atomiche con i file}
847 \label{sec:file_atomic}
849 Come si è visto in un sistema unix-like è sempre possibile per più processi
850 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
851 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
852 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
854 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
855 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
856 maniera imprevedibile. Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
857 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
858 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il
859 \index{file!locking} \textit{file locking}, che esamineremo in
860 sez.~\ref{sec:file_locking}).
862 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
863 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
864 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
865 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
866 \textit{race condition}: infatti può succedere che un secondo processo scriva
867 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in questo caso, come
868 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro primo processo avrà
869 ancora la posizione corrente impostata con la \func{lseek} che non corrisponde
870 più alla fine del file, e la successiva \func{write} sovrascriverà i dati del
873 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
874 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
875 \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo
876 descritto in precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione
877 alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file.
878 Tutto questo avviene all'interno di una singola system call (la \func{write})
879 che non essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione
882 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
883 creare un \textsl{file di lock} \index{file!di lock}, bloccandosi se il file
884 esiste. In questo caso la sequenza logica porterebbe a verificare prima
885 l'esistenza del file con una \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat};
886 di nuovo avremmo la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
887 condition} da parte di un altro processo che crea lo stesso file fra il
888 controllo e la creazione.
890 Per questo motivo sono stati introdotti per \func{open} i due flag
891 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
892 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
893 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
894 di una singola system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica
895 si veda sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
898 \subsection{Le funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
899 \label{sec:file_sync}
901 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
902 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
903 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
904 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
906 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
907 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
908 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
909 questo dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
910 l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di
911 ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la
912 scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \funcd{sync} il cui
914 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
916 Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
918 \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
920 \noindent i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
921 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
922 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
925 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
926 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
927 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
928 valore tradizionale, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma
929 in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a
930 partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di
931 tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento
932 può essere controllato attraverso il file \procfile{/proc/sys/vm/bdflush} (per
933 il significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel
934 in \file{Documentation/sysctl/vm.txt}).
936 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
937 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
938 usare le due funzioni \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui prototipi sono:
941 \funcdecl{int fsync(int fd)}
942 Sincronizza dati e meta-dati del file \param{fd}
943 \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
944 Sincronizza i dati del file \param{fd}.
946 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
947 errore, nel qual caso \var{errno} assume i valori:
949 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
952 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
955 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
956 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
957 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei meta-dati del file (che
958 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
959 altri dati contenuti \index{inode} nell'inode che si leggono con \func{fstat},
960 come i tempi del file).
962 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
963 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
964 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
965 il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
966 il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
970 \subsection{Le funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
973 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_sharing} come un processo figlio
974 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
975 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
976 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \funcd{dup} il cui
978 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
979 Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
981 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
982 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
985 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
986 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
991 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
992 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
993 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
994 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
995 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura
996 \struct{file\_struct}, cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento
997 alla stessa voce nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo
998 file descriptor è \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
1001 \centering \includegraphics[width=14cm]{img/filedup}
1002 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
1003 \label{fig:file_dup}
1006 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
1007 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
1008 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
1009 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
1010 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
1011 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
1012 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
1013 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
1014 di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec} (vedi
1015 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato
1018 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
1019 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
1020 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
1021 allo standard output (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use},
1022 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
1023 il file che si vuole sostituire, cosicché il suo file descriptor possa esser
1024 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
1027 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
1028 della funzione, \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente
1029 qual è il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
1031 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1033 Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
1035 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
1036 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1038 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1039 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1040 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1044 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
1045 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
1046 sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso
1047 allo stesso valore per il file descriptor).
1049 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1050 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1051 sez.~\ref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}. L'operazione ha
1052 la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
1053 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.
1055 La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sintassi ed i
1056 diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor
1057 \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia
1058 effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo
1059 file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se
1060 \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor).
1064 \subsection{Le funzioni \func{openat}, \func{mkdirat} e affini}
1065 \label{sec:file_openat}
1067 Un problema che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così come per
1068 molte altre funzioni che accettano come argomenti dei pathname relativi, è
1069 che, quando un pathname relativo non fa riferimento alla directory di lavoro
1070 corrente, è possibile che alcuni dei suoi componenti vengano modificati in
1071 parallelo alla chiamata a \func{open}, e questo lascia aperta la possibilità
1072 di una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.
1074 Inoltre come già accennato, la directory di lavoro corrente è una proprietà
1075 del singolo processo; questo significa che quando si lavora con i thread essa
1076 sarà la stessa per tutti, ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile
1077 che ogni singolo thread avesse la sua directory di lavoro.
1079 Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in
1080 Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come
1081 \func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori
1082 funzioni, contraddistinte dal suffisso \texttt{at}, che permettono che
1083 permettano l'apertura di un file (o le rispettive altre operazioni) usando un
1084 pathname relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è
1085 avvenuta su proposta dello sviluppatore principale delle \acr{glibc} Urlich
1086 Drepper; le corrispondenti system call sono state inserite nel kernel
1087 ufficiale a partire dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una
1088 emulazione che, sia pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo
1089 ricorso all'uso del filesystem \textit{proc} con l'apertura del file
1090 attraverso il riferimento a pathname del tipo di
1091 \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.} Benché queste non siano
1092 funzioni standard esse sono disponibili anche su altri Unix\footnote{oltre al
1093 citato Solaris ne è prevista l'inclusione anche in BSD.} e sono state
1094 proposte per l'inclusione nello standard POSIX.1, nelle future revisioni dello
1097 L'idea è che si apra prima la directory che si vuole usare come base dei
1098 pathname relativo, e si passi il file descriptor alla funzione che userà
1099 quella directory come punto di partenza per la risoluzione.\footnote{in questo
1100 modo, anche quando si lavora con i thread, si può mantenere anche una
1101 directory di lavoro diversa per ciascuno di essi.} Con queste funzioni si
1102 possono anche ottenere grossi aumenti di prestazioni quando si devono eseguire
1103 operazioni su delle sezioni di albero dei file che prevedono gerarchie molto
1104 profonde e grandi quantità di file e directory, dato che basta eseguire la
1105 risoluzione di un pathname una sola volta (nell'apertura della directory) e
1106 non per ciascun file che essa contiene.
1108 La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prendano come primo
1109 argomento il file descriptor della directory da usare come base, mentre gli
1110 argomenti successivi restano identici a quelli della corrispondente funzione
1111 ordinaria; ad esempio nel caso di \funcd{openat} avremo che essa è definita
1115 \funcdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1116 \funcdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t
1119 Apre un file usando come directory di lavoro corrente \param{dirfd}.
1121 \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di
1122 errore di \func{open}, ed in più:
1124 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1125 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un pathname relativo, ma
1126 \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1130 In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte
1131 con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione
1132 classica. Tranne che nel caso di \func{faccessat} e \func{unlinkat} tutti i
1133 loro prototipi seguono la convenzione appena vista per \func{openat}, in cui
1134 agli argomenti della corrispondente funzione classica viene anteposto
1135 l'argomento \param{dirfd}.\footnote{non staremo pertanto a riportarli uno per
1141 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1143 \textbf{Funzione} & \textbf{Corrispondente} \\
1146 \func{faccessat} &\func{access} \\
1147 \func{fchmodat} &\func{chmod} \\
1148 \func{fchownat} &\func{chown} \\
1149 \func{fstatat} &\func{stat} \\
1150 \func{futimesat} &\func{utimes} \\
1151 \func{linkat} &\func{link} \\
1152 \func{mkdirat} &\func{mkdir} \\
1153 \func{mknodat} &\func{mknod} \\
1154 \func{openat} &\func{open} \\
1155 \func{readlinkat}&\func{readlink}\\
1156 \func{renameat} &\func{rename} \\
1157 \func{symlinkat} &\func{symlink} \\
1158 \func{unlinkat} &\func{unlink} \\
1159 \func{mkfifoat} &\func{mkfifo} \\
1162 \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le
1163 corrispettive funzioni classiche.}
1164 \label{tab:file_atfunc_corr}
1167 % TODO documentare utimesat, introdotta in 2.6.22
1168 % http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_22
1170 Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle
1171 corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro
1172 argomenti si utilizza un pathname relativo questo sarà risolto rispetto alla
1173 directory indicata da \param{dirfd}; qualora invece si usi un pathname
1174 assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine se per
1175 \param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD}, la risoluzione sarà
1176 effettuata rispetto alla directory di lavoro corrente del processo.
1178 Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di
1179 errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli
1180 errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in
1181 particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file
1182 descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa riferimento
1183 ad una directory.\footnote{tranne il caso in cui si sia specificato un
1184 pathname assoluto, nel qual caso, come detto, il valore di \param{dirfd}
1185 sarà completamente ignorato.}
1187 Come accennato ci sono due eccezioni alla precedente regola, \func{faccessat}
1188 e \func{unlinkat}, che tratteremo esplicitamente. Dette funzioni, oltre a
1189 prendere \param{dirfd} come primo argomento aggiuntivo, prendono un ulteriore
1190 argomento finale \param{flags}, utilizzato come maschera binaria. Nel caso di
1191 \funcd{faccessat} avremo cioè:
1194 \funcdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)}
1196 Controlla i permessi di accesso.
1198 \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di
1199 errore di \func{access}, ed in più:
1201 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1202 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un pathname relativo, ma
1203 \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1207 La funzione esegue lo stesso controllo di accesso effettuabile con
1208 \func{access}, ma si può utilizzare l'argomento \param{flags} per modificarne
1209 il comportamento rispetto a quello ordinario di \func{access}; questo infatti
1210 può essere specificato come maschera binaria dei seguenti valori:
1211 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1212 \item[\const{AT\_EACCESS}] se impostato esegue il controllo dei permessi
1213 usando l'\textsl{user-ID effettivo} invece di quello reale (il comportamento
1214 di default, che riprende quello di \func{access}).
1215 \item[\const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}] se impostato non esegue la
1216 dereferenziazione del link simbolico (il comportamento di default, che
1217 riprende quello di \func{access}), ma effettua il controllo sui permessi del
1218 link simbolico stesso.
1221 Nel caso di \func{unlinkat} l'ulteriore argomento \param{flags} viene inserito
1222 perché detta funzione può comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di
1223 \func{rmdir}; pertanto il suo prototipo è:
1226 \funcdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)}
1228 Rimuove una voce da una directory.
1230 \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di
1231 errore di \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di
1232 \param{flags}, ed in più:
1234 \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido.
1235 \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un pathname relativo, ma
1236 \param{dirfd} fa riferimento ad un file.
1240 Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che
1241 avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo se questo è una
1242 directory, se però si imposta \param{flags} al valore di
1243 \const{AT\_REMOVEDIR},\footnote{anche se \param{flags} è una maschera binaria,
1244 essendo questo l'unico flag disponibile, lo si può assegnare direttamente.}
1245 essa si comporterà come \func{rmdir}.
1248 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
1249 \label{sec:file_fcntl}
1251 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_base_func} esistono
1252 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
1253 descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la
1254 gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1255 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1256 gestiscono con questa funzione varie modalità di I/O asincrono (vedi
1257 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e il \index{file!locking}
1258 \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).}
1260 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1261 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{fcntl},
1266 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1267 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1268 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1269 Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
1270 sul file \param{fd}.
1272 \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
1273 dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre $-1$ ed
1274 il codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
1275 possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
1277 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1282 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1283 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1284 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1285 sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in sostanza
1286 corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}; in
1287 sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di \func{fcntl}
1288 per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i possibili valori
1289 per \var{cmd} è riportata di seguito:
1290 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1291 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1292 maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. Ritorna il
1293 nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ in caso di errore. Gli
1294 errori possibili sono \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore
1295 del massimo consentito o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il
1296 massimo numero di descrittori consentito.
1297 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1298 valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1299 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1300 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1301 esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Ritorna un
1302 valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di errore.
1303 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1304 \param{fd} o $-1$ in caso di errore; se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i
1305 file descriptor aperti vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti
1306 (il comportamento predefinito) restano aperti.
1307 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag} in
1308 caso di successo o $-1$ in caso di errore; permette cioè di rileggere quei
1309 bit impostati da \func{open} all'apertura del file che vengono memorizzati
1310 (quelli riportati nella prima e terza sezione di
1311 tab.~\ref{tab:file_open_flags}).
1312 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1313 specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o
1314 $-1$ in caso di errore. Possono essere impostati solo i bit riportati nella
1315 terza sezione di tab.~\ref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1316 manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND},
1317 \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.}
1318 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1319 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato;
1320 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1321 funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1322 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1323 specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1324 qualcun altro ritorna immediatamente restituendo $-1$ e imposta \var{errno} a
1325 \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}, in caso di successo ritorna un valore
1326 nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1327 sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1328 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1329 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1330 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1331 imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}, in caso di successo ritorna un valore
1332 nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1333 sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1334 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o
1335 l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process
1336 group}\footnote{i \itindex{process~group} \textit{process group} sono
1337 (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) raggruppamenti di processi usati nel
1338 controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un identificatore
1339 (un numero positivo analogo al \acr{pid}).} che è preposto alla ricezione
1340 dei segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi associati al file
1341 descriptor \param{fd}. Nel caso di un \textit{process group} viene
1342 restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1343 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}. In
1344 caso di errore viene restituito $-1$.
1345 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1346 l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
1347 group} che riceverà i segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli
1348 eventi associati al file descriptor \param{fd}, ritorna un valore nullo in
1349 caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come per \const{F\_GETOWN}, per
1350 impostare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
1351 per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponde
1352 all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
1353 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1354 sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1355 per l'I/O asincrono (si veda sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1356 indica il valore predefinito (che è \const{SIGIO}), un valore diverso da
1357 zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1358 \const{SIGIO}). In caso di errore ritorna $-1$.
1359 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1360 possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono,
1361 ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Il
1362 valore zero indica di usare il segnale predefinito, \const{SIGIO}. Un altro
1363 valore diverso da zero (compreso lo stesso \const{SIGIO}) specifica il
1364 segnale voluto; l'uso di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
1365 installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1366 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1367 disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
1368 generato il segnale attraverso i valori restituiti in \struct{siginfo\_t}
1369 (come vedremo in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi
1370 \const{F\_SETSIG} e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di
1372 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove un \index{file!lease}
1373 \textit{file lease}\footnote{questa è una nuova funzionalità, specifica di
1374 Linux, e presente solo a partire dai kernel della serie 2.4.x, in cui il
1375 processo che detiene un \textit{lease} su un file riceve una notifica
1376 qualora un altro processo cerca di eseguire una \func{open} o una
1377 \func{truncate} su di esso.} sul file descriptor \var{fd} a seconda del
1378 valore del terzo argomento, che in questo caso è un \ctyp{int}, ritorna un
1379 valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1380 funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in
1381 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1382 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \index{file!lease}
1383 \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
1384 descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore. Con questo comando il terzo
1385 argomento può essere omesso. Questa funzionalità avanzata è trattata in
1386 dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1387 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva un meccanismo di notifica per cui viene
1388 riportata al processo chiamante, tramite il segnale \const{SIGIO} (o altro
1389 segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
1390 direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
1391 in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
1392 di errore. Questa funzionalità avanzata, disponibile dai kernel della serie
1393 2.4.x, è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1396 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1397 poter essere affrontate in tutti i loro aspetti a questo punto; saranno
1398 pertanto riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse
1399 relative. In particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari
1400 meccanismi di notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
1401 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_access} mentre quelle relative al
1402 \index{file!locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
1403 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
1404 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
1406 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1407 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1408 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel
1409 \textit{file status flag} che si è ottenuto. Infatti la definizione corrente
1410 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1411 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1412 queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1413 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1414 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1415 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \file{fcntl.h}), che estrae i bit di
1416 accesso dal \textit{file status flag}.
1420 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1421 \label{sec:file_ioctl}
1423 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostrato molto
1424 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1425 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1426 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1427 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1428 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1429 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1430 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1432 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1433 di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1434 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1435 file descriptor. Il prototipo di questa funzione è:
1436 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1438 Esegue l'operazione di controllo specificata da \param{request} sul file
1439 descriptor \param{fd}.
1441 \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1442 operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1443 caso di errore viene sempre restituito $-1$ ed \var{errno} assumerà uno dei
1446 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
1447 dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
1448 riferimento \param{fd}.
1449 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1452 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.}
1455 La funzione serve in sostanza come meccanismo generico per fare tutte quelle
1456 operazioni che non rientrano nell'interfaccia ordinaria della gestione dei
1457 file e che non è possibile effettuare con le funzioni esaminate finora. La
1458 funzione richiede che si passi come primo argomento un file descriptor
1459 regolarmente aperto, e l'operazione da compiere viene selezionata attraverso
1460 il valore dell'argomento \param{request}. Il terzo argomento dipende
1461 dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato come \code{char *
1462 argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria
1463 generica,\footnote{all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora
1464 non era stato introdotto il tipo \ctyp{void}.} ma per certe operazioni può
1465 essere omesso, e per altre è un semplice intero.
1467 Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di
1468 errore, ma per alcune operazione il valore di ritorno, che nel caso viene
1469 impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come parametro di
1470 uscita. È più comune comunque restituire i risultati all'indirizzo puntato dal
1473 Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera
1474 sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve
1475 elenco di alcuni esempi di esse è il seguente:
1477 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1478 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1479 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1480 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1481 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1482 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1484 \item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem
1485 ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con
1486 delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati
1487 successivi (come ext3).}
1490 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche
1491 effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header
1492 file \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1493 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1494 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1495 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1496 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1497 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
1498 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
1499 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
1500 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
1501 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
1502 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
1503 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
1504 imprevedibili o indesiderati.
1506 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
1507 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
1508 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in
1509 seguito\footnote{per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
1510 sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.} quelle relative ad alcuni casi specifici (ad
1511 esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso \func{ioctl} in
1512 quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo l'elenco delle
1513 operazioni che sono predefinite per qualunque file,\footnote{in particolare
1514 queste operazioni sono definite nel kernel a livello generale, e vengono
1515 sempre interpretate per prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri},
1516 eventuali operazioni specifiche che usino lo stesso valore verrebbero
1517 ignorate.} caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}:
1518 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1519 \item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
1520 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
1521 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
1522 eventuale valore viene ignorato.
1523 \item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
1524 \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come
1525 operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui
1526 eventuale valore viene ignorato.
1527 \item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul
1528 file (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}); il terzo argomento
1529 deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *})
1530 che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non
1532 \item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non
1533 bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di
1534 tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo
1535 disabilita, un valore non nullo abilita).
1536 \item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali
1537 \const{SIGURG} e \const{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
1538 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui
1539 valore specifica il PID del processo.
1540 \item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali
1541 \const{SIGURG} e \const{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve
1542 essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà
1543 scritto il PID del processo.
1544 \item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul
1545 file descriptor;\footnote{questa operazione è disponibile solo su alcuni
1546 file descriptor, in particolare sui socket (vedi
1547 sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o sui file descriptor di \textit{epoll}
1548 (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}).} il terzo argomento deve essere un
1549 puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito
1551 \item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una
1552 directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di
1553 \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero
1554 (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore.
1557 % TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260832
1560 Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per
1561 essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera
1562 generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono
1563 molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta
1564 al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era
1565 necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle
1566 modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e
1567 \func{ioctl} per i secondi;\footnote{all'epoca tra l'altro i dispositivi che
1568 usavano \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega
1569 l'uso comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore.} oggi non è più così
1570 ma le due funzioni sono rimaste.
1573 % LocalWords: descriptor system call cap like kernel sez l'inode inode VFS tab
1574 % LocalWords: process table struct files flags pos all'inode dentry fig shell
1575 % LocalWords: error POSIX STDIN FILENO STDOUT STDERR unistd read write lseek
1576 % LocalWords: close pathname sys fcntl int const char errno EEXIST CREAT EXCL
1577 % LocalWords: EISDIR ENOTDIR ENXIO NOBLOCK WRONLY fifo ENODEV ETXTBSY ELOOP of
1578 % LocalWords: NOFOLLOW EACCES ENAMETOOLONG ENOENT EROFS EFAULT ENOSPC ENOMEM
1579 % LocalWords: EMFILE ENFILE NFS lock race condition Denial Service DoS RDONLY
1580 % LocalWords: glibc RDWR NONBLOCK NOCTTY SHLOCK shared BSD EXLOCK TRUNC device
1581 % LocalWords: opendir LARGEFILE APPEND append NDELAY ASYNC l'I SIGIO SYNC SVr
1582 % LocalWords: DSYNC RSYNC filesystem DIRECT caching SGI IRIX dell'I FreeBSD fd
1583 % LocalWords: fork exec umask SOURCE creat filedes EBADF EINTR EIO locking off
1584 % LocalWords: behind sync flush shutdown whence ESPIPE socket EINVAL INCR XTND
1585 % LocalWords: SEEK CUR EPIPE ssize void buf size count EAGAIN EWOULDBLOCK log
1586 % LocalWords: Specification pwrite pread EFBIG SIGPIPE nell'inode dall'inode
1587 % LocalWords: CLOEXEC stat fsync cache update l'update bdflush Documentation
1588 % LocalWords: fdatasync fstat ext dup oldfd newfd DUPFD cmd long arg flock pid
1589 % LocalWords: SETFD GETFD GETFL SETFL GETLK SETLK SETLKW GETOWN group SIGURG
1590 % LocalWords: SETOWN GETSIG SETSIG sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease is
1591 % LocalWords: truncate GETLEASE NOTIFY AND ACCMODE ioctl everything argp all'I
1592 % LocalWords: framebuffer request ENOTTY CDROM nell'header magic number openat
1593 % LocalWords: FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO NOATIME redirezione FIOSETOWN
1594 % LocalWords: FIOGETOWN FIONREAD mkdirat thread Solaris mkdir at Urlich proc
1595 % LocalWords: Drepper path dirfd faccessat unlinkat access fchmodat chmod Di
1596 % LocalWords: fchownat chown fstatat futimesat utimes linkat mknodat mknod
1597 % LocalWords: readlinkat readlink renameat rename symlinkat symlink unlink
1598 % LocalWords: mkfifoat mkfifo FDCWD EACCESS dereferenziazione rmdir REMOVEDIR
1599 % LocalWords: epoll lsattr chattr FIOQSIZE
1601 %%% Local Variables:
1603 %%% TeX-master: "gapil"