Aggiunta funzione MurexRead, riscritti Mutex con il file locking
[gapil.git] / fileunix.tex
1 %% fileunix.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2002 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11 \chapter{I file: l'interfaccia standard Unix}
12 \label{cha:file_unix_interface}
13
14
15 Esamineremo in questo capitolo la prima delle due interfacce di programmazione
16 per i file, quella dei \textit{file descriptor}\index{file!descriptor},
17 nativa di Unix. Questa è l'interfaccia di basso livello provvista direttamente
18 dalle system call, che non prevede funzionalità evolute come la
19 bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura formattata, e sulla quale è
20 costruita anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI C che affronteremo
21 al \capref{cha:files_std_interface}.
22
23
24
25 \section{L'architettura di base}
26 \label{sec:file_base_arch}
27
28 In questa sezione faremo una breve introduzione sull'architettura su cui è
29 basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con
30 differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in
31 tutte le implementazione di un sistema unix-like.
32
33
34 \subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
35 \label{sec:file_fd}
36
37 \index{file!descriptor|(} Per poter accedere al contenuto di un file occorre
38 creare un canale di comunicazione con il kernel che renda possibile operare su
39 di esso (si ricordi quanto visto in \secref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa
40 aprendo il file con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare
41 l'inode\index{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono
42 disponibili le funzioni che il VFS mette a disposizione (riportate in
43 \tabref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il file
44 dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione impedendo
45 ogni ulteriore operazione.
46
47 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
48 negativo, chiamato appunto \textit{file descriptor}.
49 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
50 tutte le ulteriori operazioni saranno compiute specificando questo stesso
51 valore come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
52
53 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come è
54 che il kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Il kernel mantiene
55 sempre un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \textit{process table}
56 ed un elenco dei file aperti nella \textit{file table}.
57
58 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
59 processo attivo nel sistema. In Linux ciascuna voce è costituita da una
60 struttura di tipo \struct{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
61 informazioni relative al processo; fra queste informazioni c'è anche il
62 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo \struct{files\_struct}, in cui
63 sono contenute le informazioni relative ai file che il processo ha aperto, ed
64 in particolare:
65 \begin{itemize*}
66 \item i flag relativi ai file descriptor.
67 \item il numero di file aperti.
68 \item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
69   \textit{file table} per ogni file aperto.
70 \end{itemize*}
71 il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
72 quest'ultima tabella.
73
74 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
75 che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da strutture di tipo
76 \struct{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie informazioni relative al
77 file, fra cui:
78 \begin{itemize*}
79 \item lo stato del file (nel campo \var{f\_flags}).
80 \item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file (nel
81   campo \var{f\_pos}).
82 \item un puntatore all'inode\index{inode}\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
83     realtà passati ad un puntatore ad una struttura \struct{dentry} che punta a
84     sua volta all'inode\index{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
85   del file.
86 %\item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
87 %    \var{f\_op} descritta in \secref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
88 %  sul file.
89 \end{itemize*}
90
91 In \figref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata
92 questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le
93 varie strutture di dati sulla quale essa è basata.
94 \begin{figure}[htb]
95   \centering
96   \includegraphics[width=13cm]{img/procfile}
97   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
98   l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
99   \label{fig:file_proc_file}
100 \end{figure}
101 Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per
102 capire i dettagli del funzionamento dell'interfaccia dei \textit{file
103   descriptor}.  
104 \index{file!descriptor|)}
105
106
107
108
109 \subsection{I file standard}
110 \label{sec:file_std_descr}
111
112 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
113 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
114 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non ne è
115 stato chiuso nessuno in precedenza).
116
117 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
118 processo viene lanciato con almeno tre file aperti. Questi, per quanto appena
119 detto, avranno come \textit{file descriptor}\index{file!descriptor} i valori
120 0, 1 e 2.  Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
121 gran parte delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a gravi
122 problemi di interoperabilità.
123
124 Il primo file è sempre associato a quello che viene chiamato \textit{standard
125   input}. È cioè il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in
126 ingresso (nel caso della shell, è associato all'ingresso dal terminale, e
127 quindi alla lettura della tastiera). Il secondo file è il cosiddetto
128 \textit{standard output}, cioè il file su cui ci si aspetta debbano essere
129 inviati i dati in uscita (sempre nel caso della shell, è associato all'uscita
130 del terminale, e quindi alla scrittura sullo schermo). Il terzo è lo
131 \textit{standard error}, su cui viene inviato l'output relativo agli errori,
132 ed è anch'esso associato all'uscita del terminale.  Lo standard POSIX.1
133 provvede tre costanti simboliche, definite nell'header \file{unistd.h}, al
134 posto di questi valori numerici:
135 \begin{table}[htb]
136   \centering
137   \footnotesize
138   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
139     \hline
140     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
141     \hline
142     \hline
143     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
144       input} \\
145     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
146       output} \\
147     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
148       error}\\
149     \hline
150   \end{tabular}
151   \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti 
152     alla creazione di ogni processo.}
153   \label{tab:file_std_files}
154 \end{table}
155
156 In \figref{tab:file_std_files} si è utilizzata questa situazione come esempio,
157 facendo riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è
158 associato ad un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard
159   error} sono entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo
160 stesso inode\index{inode}).
161
162 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
163 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
164 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
165 descriptor dentro \struct{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel
166 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
167 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
168 \secref{sec:sys_limits}).
169
170
171
172 \section{Le funzioni base}
173 \label{sec:file_base_func}
174
175 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
176 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
177 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
178 chiudere un file. 
179
180 La gran parte delle operazioni sui file si effettua attraverso queste cinque
181 funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O non bufferizzato dato
182 che effettuano le operazioni di lettura e scrittura usando direttamente le
183 system call del kernel.
184
185
186 \subsection{La funzione \func{open}}
187 \label{sec:file_open}
188
189 La funzione \funcd{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
190 quella che crea l'associazione fra un pathname ed un file descriptor, il suo
191 prototipo è:
192 \begin{functions}
193   \headdecl{sys/types.h}
194   \headdecl{sys/stat.h}
195   \headdecl{fcntl.h}
196   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
197   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
198   Apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata da
199   \param{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
200   specificati da \param{mode}.
201   
202   \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e -1 in
203     caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno dei
204     valori:
205   \begin{errlist}
206   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
207     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.  
208   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
209     l'accesso in scrittura. 
210   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
211     \param{pathname} non è una directory.
212   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o
213     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
214     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
215     assente.
216   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
217     dispositivo che non esiste.
218   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
219     di un programma in esecuzione.
220   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel risolvere
221     pathname o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e \param{pathname} è un link
222     simbolico.
223   \end{errlist}
224   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
225   \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM},
226   \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.}
227 \end{functions}
228
229 La funzione apre il file, usando il primo file descriptor libero, e crea
230 l'opportuna voce (cioè la struttura \struct{file}) nella file table.  Viene
231 usato sempre il file descriptor con il valore più basso.
232
233 \begin{table}[!htb]
234   \centering
235   \footnotesize
236   \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
237     \hline
238     \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
239     \hline
240     \hline % modalità di accesso al file
241     \const{O\_RDONLY} & apre il file in sola lettura. \\
242     \const{O\_WRONLY} & apre il file in sola scrittura. \\
243     \const{O\_RDWR} & apre il file in lettura/scrittura. \\
244     \hline % modalità di apertura del file
245     \hline
246     \const{O\_CREAT} & se il file non esiste verrà creato, con le regole di
247     titolarità del file viste in \secref{sec:file_ownership}. L'argomento
248     \param{mode} deve essere specificato. \\
249     \const{O\_EXCL} & usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che
250     l'esistenza del file diventi un errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
251     \func{open} con \errcode{EEXIST}. \\
252     \const{O\_NONBLOCK} & apre il file in modalità non bloccante. Questo
253     valore specifica anche una modalità di operazione (vedi sotto), e 
254     comporta che \func{open} ritorni immediatamente (l'opzione ha senso 
255     solo per le fifo, torneremo questo in \secref{sec:ipc_named_pipe}). \\
256     \const{O\_NOCTTY} & se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di
257     terminale, questo non diventerà il terminale di controllo, anche se il
258     processo non ne ha ancora uno (si veda \secref{sec:sess_ctrl_term}). \\
259     \const{O\_SHLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno shared lock (vedi
260     \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
261     \const{O\_EXLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno lock esclusivo (vedi
262     \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
263     \const{O\_TRUNC} & se il file esiste ed è un file di dati e la modalità di
264     apertura consente la scrittura, allora la sua lunghezza verrà troncata a
265     zero. Se il file è un terminale o una fifo il flag verrà ignorato, negli
266     altri casi il comportamento non è specificato. \\
267     \const{O\_NOFOLLOW} & se \param{pathname} è un link simbolico la chiamata
268     fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux dal kernel 2.1.126.
269     Nelle versioni precedenti i link simbolici sono sempre seguiti, e questa
270     opzione è ignorata. \\
271     \const{O\_DIRECTORY} & se \param{pathname} non è una directory la chiamata
272     fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato introdotto con il
273     kernel 2.1.126 per evitare dei
274     \textit{DoS}\index{DoS}\protect\footnotemark\ quando  
275     \func{opendir} viene chiamata su una 
276     fifo o su un device di unità a nastri, non deve essere utilizzato al di 
277     fuori dell'implementazione di \func{opendir}. \\
278     \const{O\_LARGEFILE} & nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
279     grandi dimensioni consente di aprire file le cui dimensioni non possono
280     essere rappresentate da numeri a 31 bit. \\
281     \hline
282     \hline  % modalità di operazione col file
283     \const{O\_APPEND} & il file viene aperto in append mode. Prima di ciascuna
284     scrittura la posizione corrente viene sempre impostata alla fine del
285     file. Può causare corruzione del file con NFS se più di un processo scrive
286     allo stesso tempo.\footnotemark\\
287     \const{O\_NONBLOCK} & il file viene aperto in modalità non bloccante per
288     le operazioni di I/O (che tratteremo in \secref{sec:file_noblocking}): 
289     questo significa il fallimento di \func{read} in assenza di dati da 
290     leggere e quello di \func{write} in caso di impossibilità di scrivere 
291     immediatamente. Questa modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni 
292     file di dispositivo. \\
293     \const{O\_NDELAY} & in Linux\footnotemark\ è sinonimo di 
294     \const{O\_NONBLOCK}.\\
295     \const{O\_ASYNC} & apre il file per l'I/O in modalità
296     asincrona (vedi \secref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è impostato viene
297     generato il segnale \const{SIGIO} tutte le volte che sono disponibili
298     dati in input sul file. \\ 
299     \const{O\_SYNC} & apre il file per l'input/output sincrono, ogni
300     \func{write} bloccherà fino al completamento della scrittura di tutti dati
301     sul sull'hardware sottostante.\\
302     \const{O\_FSYNC} & sinonimo di \const{O\_SYNC}. \\
303     \const{O\_NOATIME} & blocca l'aggiornamento dei tempi dei di accesso dei
304     file (vedi \secref{sec:file_file_times}). In Linux questa opzione non è
305     disponibile per il singolo file ma come opzione per il filesystem in fase
306     di montaggio.\\
307     \hline
308   \end{tabular}
309   \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
310   \label{tab:file_open_flags}
311 \end{table}
312
313 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
314   opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
315   \textsl{file di lock}\index{file!di lock} possono incorrere in una race
316   condition\index{race condition}.  Si consiglia come alternativa di usare un
317   file con un nome univoco e la funzione \func{link} per verificarne
318   l'esistenza (vedi \secref{sec:ipc_file_lock}).}
319
320 \footnotetext[3]{\textit{Denial of Service}\index{DoS}, si chiamano così
321   attacchi miranti ad impedire un servizio causando una qualche forma di
322   carico eccessivo per il sistema, che resta bloccato nelle risposte
323   all'attacco.}
324
325 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in append, ed
326   il kernel deve simularla, ma questo comporta la possibilità di una race
327   condition, vedi \secref{sec:file_atomic}.}
328
329 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
330   una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
331   un'ambiguità, dato che come vedremo in \secref{sec:file_read} il ritorno di
332   zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
333
334 Questa caratteristica permette di prevedere qual'è il valore del file
335 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
336 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
337 visti in \secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
338 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
339 input (avrà cioè il file descriptor 0).
340
341 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo (torneremo
342 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
343 \secref{sec:file_sharing}). Il nuovo file descriptor è impostato per restare
344 aperto attraverso una \func{exec} (come accennato in \secref{sec:proc_exec}) e
345 l'offset è impostato all'inizio del file.
346
347 L'argomento \param{mode} specifica i permessi con cui il file viene
348 eventualmente creato; i valori possibili sono gli stessi già visti in
349 \secref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
350 delle costanti descritte in \tabref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
351 filtrati dal valore di \var{umask} (vedi \secref{sec:file_umask}) per il
352 processo.
353
354 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
355 dell'argomento \param{flags}.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
356 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
357 campo \var{f\_flags} della struttura \struct{file} (al solito si veda lo schema
358 di \figref{fig:file_proc_file}).  Essi sono divisi in tre categorie
359 principali:
360 \begin{itemize}
361 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
362   si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
363   lettura/scrittura.  Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
364   si apre un file.  Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
365   essere riletti con una \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status
366     flag}), ma non possono essere modificati.
367 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
368   alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
369   eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
370   sono memorizzati né possono essere riletti.
371 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
372   alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
373   (come la \func{read} o la \func{write}). Anch'essi fanno parte del
374   \textit{file status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di
375   \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle
376   caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}.
377 \end{itemize}
378
379 In \tabref{tab:file_open_flags} si sono riportate, ordinate e divise fra loro
380 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
381 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra di loro
382 con un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
383 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open} per specificarne il
384 comportamento. I due flag \const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono
385 estensioni specifiche di Linux, e deve essere definita la macro
386 \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli usare.
387
388 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
389 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
390 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
391 \funcd{creat}, il cui prototipo è:
392 \begin{prototype}{fcntl.h}
393   {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
394   Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \param{mode}. È del
395   tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}. 
396 \end{prototype}
397 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi 
398 programmi.
399
400
401 \subsection{La funzione \func{close}}
402 \label{sec:file_close}
403
404 La funzione \funcd{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
405 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
406 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
407   Chiude il descrittore \param{fd}. 
408   
409   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
410     ed in questo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
411   \begin{errlist}
412     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
413     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
414   \end{errlist}
415   ed inoltre \errval{EIO}.}
416 \end{prototype}
417
418 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file
419   locking}\index{file!locking} è trattato in \secref{sec:file_locking}) che il
420 processo poteva avere acquisito su di esso; se \param{fd} è l'ultimo
421 riferimento (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella
422 file table vengono rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo
423 riferimento ad un file su disco quest'ultimo viene cancellato.
424
425 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
426 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
427 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
428 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
429 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
430 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
431 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
432 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
433 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
434   e le quote su disco.}
435
436 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
437 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
438 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
439 \func{sync} (vedi \secref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
440 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
441 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
442 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
443 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
444
445
446 \subsection{La funzione \func{lseek}}
447 \label{sec:file_lseek}
448
449 Come già accennato in \secref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
450 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
451 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \struct{file}) espressa da un numero intero
452 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
453 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
454 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
455
456 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \const{O\_APPEND}) questa
457 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
458 ad un valore qualsiasi con la funzione \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
459 \begin{functions}
460   \headdecl{sys/types.h}
461   \headdecl{unistd.h}
462   \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
463   Imposta la posizione attuale nel file. 
464   
465   \bodydesc{La funzione ritorna valore della posizione corrente in caso di
466     successo e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
467     valori:
468   \begin{errlist}
469   \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket\index{socket} o una
470     fifo.
471     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
472   \end{errlist}
473   ed inoltre \errval{EBADF}.}
474 \end{functions}
475
476 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
477 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
478 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
479   questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
480   \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}:
481 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
482 \item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore
483   (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione
484   corrente.
485 \item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
486   ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
487   per ottenere la nuova posizione corrente.
488 \item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
489   del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
490   per ottenere la nuova posizione corrente.
491 \end{basedescript}
492
493 Come accennato in \secref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
494 impostare la posizione corrente anche oltre la fine del file, e alla
495 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessuna
496 attività di input/output, si limita a modificare la posizione corrente nel
497 kernel (cioè \var{f\_pos} in \param{file}, vedi \figref{fig:file_proc_file}).
498
499 Dato che la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per
500 \param{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la
501 funzione con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}. 
502
503 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
504 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
505 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
506 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
507 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}
508 \index{race condition}, vedi \secref{sec:file_atomic}).
509
510 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
511 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{EPIPE}. Questo, oltre che per
512 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
513 supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
514 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
515   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
516 POSIX però non specifica niente in proposito. Infine alcuni file speciali, ad
517 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
518 indefinito.
519
520
521 \subsection{La funzione \func{read}}
522 \label{sec:file_read}
523
524
525 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) su possono
526 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \funcd{read}, il cui
527 prototipo è:
528 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
529   
530   Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} al buffer
531   \param{buf}.
532   
533   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
534     -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
535   \begin{errlist}
536   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
537     aver potuto leggere qualsiasi dato.
538   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
539     era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
540   \end{errlist}
541   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
542   \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
543   natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
544 \end{prototype}
545
546 La funzione tenta di leggere \param{count} byte a partire dalla posizione
547 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
548 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
549 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.
550
551 Si deve sempre tener presente che non è detto che la funzione \func{read}
552 restituisca sempre il numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni
553 per cui la funzione può restituire un numero di byte inferiore; questo è un
554 comportamento normale, e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
555
556 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
557 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
558 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
559 effettivamente. 
560
561 Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione di lettura,
562 otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La condizione di
563 raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene segnalata appunto
564 da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere ulteriormente la
565 lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di continuare a ricevere zero
566 come valore di ritorno.
567
568 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
569 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
570 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
571 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
572 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
573 \secref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
574 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
575 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
576
577 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un
578 socket\index{socket}, come vedremo in \secref{sec:sock_io_behav}), o per la
579 lettura da certi file di dispositivo, come le unità a nastro, che
580 restituiscono sempre i dati ad un singolo blocco alla volta.
581
582 In realtà anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} e
583 \errcode{EAGAIN} non sono errori. La prima si verifica quando la \func{read} è
584 bloccata in attesa di dati in ingresso e viene interrotta da un segnale; in
585 tal caso l'azione da intraprendere è quella di rieseguire la funzione.
586 Torneremo in dettaglio sull'argomento in \secref{sec:sig_gen_beha}.
587
588 La seconda si verifica quando il file è in modalità non bloccante (vedi
589 \secref{sec:file_noblocking}) e non ci sono dati in ingresso: la funzione
590 allora ritorna immediatamente con un errore \errcode{EAGAIN}\footnote{sotto
591   BSD per questo errore viene usata la costante \errcode{EWOULDBLOCK}, in
592   Linux, con le glibc, questa è sinonima di \errcode{EAGAIN}.} che indica
593 soltanto che occorrerà provare a ripetere la lettura.
594
595 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
596 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
597   Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
598   state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
599   l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
600   aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
601   delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
602 normalmente Unix98, vedi \secref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
603 definizione di un'altra funzione di lettura, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
604 \begin{prototype}{unistd.h}
605 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
606
607 Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd}, a partire dalla
608 posizione \param{offset}, nel buffer \param{buf}.
609   
610 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
611   in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
612   \func{read} e \func{lseek}.}
613 \end{prototype}
614 \noindent che però diventa accessibile solo con la definizione della macro:
615 \begin{verbatim}
616        #define _XOPEN_SOURCE 500
617 \end{verbatim}
618
619 Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
620 modificare la posizione corrente. È equivalente all'esecuzione di una
621 \func{read} seguita da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la
622 posizione corrente sul file, ma permette di eseguire l'operazione
623 atomicamente. Questo può essere importante quando la posizione sul file viene
624 condivisa da processi diversi (vedi \secref{sec:file_sharing}).  Il valore di
625 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
626
627
628 \subsection{La funzione \func{write}}
629 \label{sec:file_write}
630
631 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) su può
632 scrivere su di esso utilizzando la funzione \funcd{write}, il cui prototipo è:
633 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
634   
635   Scrive \param{count} byte dal buffer \param{buf} sul file \param{fd}.
636   
637   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
638     e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
639   \begin{errlist}
640   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
641     la scrittura.
642   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
643     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
644     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
645   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
646     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
647     \const{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
648     funzione ritorna questo errore.
649   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
650     aver potuto scrivere qualsiasi dato.
651   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
652     era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
653   \end{errlist}
654   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
655   \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori
656   dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
657 \end{prototype}
658
659 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
660 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
661 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
662 modalità \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti alla fine del file.
663 Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano immediatamente disponibili
664 ad una \func{read} chiamata dopo che la \func{write} che li ha scritti è
665 ritornata; ma dati i meccanismi di caching non è detto che tutti i filesystem
666 supportino questa capacità.
667
668 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
669 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
670 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
671 stesso comportamento di \func{read}.
672
673 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
674 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
675 nel file, il suo prototipo è:
676 \begin{prototype}{unistd.h}
677 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
678   
679 Cerca di scrivere sul file \param{fd}, a partire dalla posizione
680 \param{offset}, \param{count} byte dal buffer \param{buf}.
681   
682 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
683   in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
684   \func{write} e \func{lseek}.}
685 \end{prototype}
686 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
687
688
689 \section{Caratteristiche avanzate}
690 \label{sec:file_adv_func}
691
692 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
693 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
694 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
695 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
696 dell'argomento sarà comunque affrontato in \capref{cha:file_advanced}).
697
698
699 \subsection{La condivisione dei files}
700 \label{sec:file_sharing}
701
702 In \secref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
703 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
704 \figref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
705 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
706 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
707
708 \begin{figure}[htb]
709   \centering
710   \includegraphics[width=15cm]{img/filemultacc}
711   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi 
712     diversi}
713   \label{fig:file_mult_acc}
714 \end{figure}
715
716 Il primo caso è quello in cui due processi diversi che aprono lo stesso file
717 su disco; sulla base di quanto visto in \secref{sec:file_fd} avremo una
718 situazione come quella illustrata in \figref{fig:file_mult_acc}: ciascun
719 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
720 diverso file descriptor nella sua \struct{file\_struct}. Entrambe le voci
721 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso
722 inode\index{inode} su disco.
723
724 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
725 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
726 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
727 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
728 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
729 \begin{itemize}
730 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
731   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
732   scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
733   automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
734   nell'inode\index{inode}.
735 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
736   effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
737   dimensione corrente del file letta dall'inode\index{inode}. Dopo la
738   scrittura il file viene automaticamente esteso.
739 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
740   \var{f\_pos} nella struttura \struct{file} della \textit{file table}, non
741   c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
742   fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
743   dall'inode\index{inode}.
744 \end{itemize}
745
746 \begin{figure}[htb]
747   \centering
748   \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar}
749   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
750   \label{fig:file_acc_child}
751 \end{figure}
752
753 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
754 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il
755 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
756 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_fork}). La
757 situazione è illustrata in \figref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
758 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
759 una copia di \struct{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
760
761 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
762 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
763 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
764 \secref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
765 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
766 \var{f\_pos} che è lo stesso per entrambi).
767
768 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
769 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
770 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
771   \struct{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono
772 associati anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è
773 \const{FD\_CLOEXEC}, detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono
774 tenuti invece in \struct{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun
775 processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di
776 condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
777
778
779
780 \subsection{Operazioni atomiche con i file}
781 \label{sec:file_atomic}
782
783 Come si è visto in un sistema unix-like è sempre possibile per più processi
784 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
785 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
786 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
787
788 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
789 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
790 maniera imprevedibile.  Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
791 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
792 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il \textit{file
793   locking}\index{file!locking}, che esamineremo in \secref{sec:file_locking}).
794
795 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
796 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
797 log). Come accennato in \secref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
798 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race
799   condition}\index{race condition}: infatti può succedere che un secondo
800 processo scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in
801 questo caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro
802 primo processo avrà ancora la posizione corrente impostata con la \func{lseek}
803 che non corrisponde più alla fine del file, e la successiva \func{write}
804 sovrascriverà i dati del secondo processo.
805
806 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
807 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
808 \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo descritto in
809 precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine
810 del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo
811 avviene all'interno di una singola system call (la \func{write}) che non
812 essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione atomica.
813
814 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
815 creare un \textsl{file di lock}\index{file!di lock}, bloccandosi se il file
816 esiste. In questo caso la sequenza logica porterebbe a verificare prima
817 l'esistenza del file con una \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat};
818 di nuovo avremmo la possibilità di una race condition\index{race condition} da
819 parte di un altro processo che crea lo stesso file fra il controllo e la
820 creazione.
821
822 Per questo motivo sono stati introdotti per \func{open} i due flag
823 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
824 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
825 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
826 di una singola system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica
827 si veda \secref{sec:ipc_file_lock}).
828
829
830 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
831 \label{sec:file_sync}
832
833 Come accennato in \secref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
834 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
835 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
836 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
837
838 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
839 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
840 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
841   questo dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
842   l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di
843   ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la
844   scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \funcd{sync} il cui
845 prototipo è:
846 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
847   
848   Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
849   
850   \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
851 \end{prototype}
852 \noindent  i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
853 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
854 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
855 kernel.
856
857 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
858 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
859 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
860 valore tradizionale, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma
861 in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a
862   partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di
863 tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento
864 può essere controllato attraverso il file \file{/proc/sys/vm/bdflush} (per il
865 significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel in
866 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}).
867
868 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
869 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
870 usare le due funzioni \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui prototipi sono:
871 \begin{functions}
872   \headdecl{unistd.h}
873   \funcdecl{int fsync(int fd)}
874   Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
875   \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
876   Sincronizza i dati del file \param{fd}.
877   
878   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
879     nel qual caso \var{errno} assume i valori:
880   \begin{errlist}
881   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
882     sincronizzazione.
883   \end{errlist}
884   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
885 \end{functions}
886
887 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
888 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
889 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadati del file (che
890 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
891 altri dati contenuti nell'inode\index{inode} che si leggono con \func{fstat},
892 come i tempi del file).
893
894 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
895 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
896 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
897   il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
898   il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
899   delle directory.}
900
901
902 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
903 \label{sec:file_dup}
904
905 Abbiamo già visto in \secref{sec:file_sharing} come un processo figlio
906 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
907 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
908 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \funcd{dup} il cui
909 prototipo è:
910 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
911   Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
912   
913   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
914     -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
915     valori:
916   \begin{errlist}
917   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
918   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
919     descriptor aperti.
920   \end{errlist}}
921 \end{prototype}
922
923 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
924 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
925 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
926 può fare riferimento a \figref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
927 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura
928 \struct{file\_struct}, cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento
929 alla stessa voce nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo
930 file descriptor è \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
931
932 \begin{figure}[htb]
933   \centering \includegraphics[width=15cm]{img/filedup}
934   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
935   \label{fig:file_dup}
936 \end{figure}
937
938 Si noti che per quanto illustrato in\figref{fig:file_dup} i file descriptor
939 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
940 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
941 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
942 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
943 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
944 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
945 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
946 di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec}\index{close-on-exec} (vedi
947 \secref{sec:proc_exec} e \secref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato
948 nella copia.
949
950 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
951 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
952 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
953 allo standard output (torneremo sull'argomento in \secref{sec:ipc_pipe_use},
954 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
955 il file che si vuole sostituire, cosicché il suo file descriptor possa esser
956 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
957 disponibile.
958
959 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
960 della funzione, \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente
961 qual'è il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
962 prototipo è:
963 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
964   
965   Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
966   
967   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
968     -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
969   \begin{errlist}
970   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
971     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
972   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
973     descriptor aperti.
974   \end{errlist}}
975 \end{prototype}
976 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
977 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
978 sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso
979 allo stesso valore per il file descriptor).
980
981 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
982 funzione di controllo dei file \func{fnctl} (che esamineremo in
983 \secref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.  L'operazione ha
984 la sintassi \code{fnctl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
985 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. 
986
987 La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sintassi ed i
988   diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor
989 \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia
990 effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo
991 file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se
992 \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor).
993
994
995 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
996 \label{sec:file_fcntl}
997
998 Oltre alle operazioni base esaminate in \secref{sec:file_base_func} esistono
999 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
1000 descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la
1001 gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1002 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1003   gestiscono con questa funzione l'I/O asincrono (vedi
1004   \secref{sec:file_asyncronous_io}) e il file locking\index{file!locking}
1005   (vedi \secref{sec:file_locking}).}
1006
1007 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo su proprietà e
1008 caratteristiche un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{fcntl}, il
1009 cui prototipo è:
1010 \begin{functions}
1011   \headdecl{unistd.h}
1012   \headdecl{fcntl.h}
1013   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1014   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1015   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1016   Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
1017   sul file \param{fd}.
1018   
1019   \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
1020     dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre -1 ed il
1021     codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
1022     possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
1023   \begin{errlist}
1024   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1025   \end{errlist}}
1026 \end{functions}
1027
1028 Il comportamento di questa funzione è determinato dal valore del comando
1029 \param{cmd} che le viene fornito; in \secref{sec:file_dup} abbiamo incontrato
1030 un esempio per la duplicazione dei file descriptor, una lista dei possibili
1031 valori è riportata di seguito:
1032 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1033 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1034   maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. In caso di
1035   successo ritorna il nuovo file descriptor. Gli errori possibili sono
1036   \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1037   o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1038   descrittori consentito.
1039 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1040   valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1041   \textit{close-on-exec}\index{close-on-exec}, identificato dalla costante
1042   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1043   esecuzione di una \func{exec} (vedi \secref{sec:proc_exec}).
1044 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1045   \param{fd}, se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i file descriptor aperti
1046   vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti (il comportamento
1047   predefinito) restano aperti.
1048 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag},
1049   permette cioè di rileggere quei bit impostati da \func{open} all'apertura del
1050   file che vengono memorizzati (quelli riportati nella prima e terza sezione
1051   di \tabref{tab:file_open_flags}). 
1052 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1053   specificato da \param{arg}, possono essere impostati solo i bit riportati
1054   nella terza sezione di \tabref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1055     manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND},
1056     \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.}
1057 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1058   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato
1059   (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1060   \secref{sec:file_posix_lock}).
1061 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1062   specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1063   qualcun'altro ritorna immediatamente restituendo -1 e imposta \var{errno} a
1064   \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN} (questa funzionalità è trattata in
1065   dettaglio in \secref{sec:file_posix_lock}).
1066 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1067   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1068   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce -1 e imposta
1069   \var{errno} a \errcode{EINTR} (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1070   \secref{sec:file_posix_lock}).
1071 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o
1072   l'identificatore del process group\footnote{i \texttt{process group} sono
1073     (vedi \secref{sec:sess_proc_group}) sono raggruppamenti di processi usati
1074     nel controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un
1075     identificatore (un numero positivo analogo al \acr{pid}).}  che è preposto
1076   alla ricezione dei segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi
1077   associati al file descriptor \param{fd}. Nel caso di un process group viene
1078   restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1079   all'identificatore del process group.
1080 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1081   l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
1082   segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi associati al file
1083   descriptor \param{fd}.  Come per \const{F\_GETOWN}, per impostare un process
1084   group si deve usare per \param{arg} un valore negativo, il cui valore
1085   assoluto corrisponde all'identificatore del process group.
1086 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1087   sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1088   per l'I/O asincrono (si veda \secref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1089   indica il valore predefinito (che è \const{SIGIO}), un valore diverso da
1090   zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1091   \const{SIGIO}).
1092 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1093   possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono. Il
1094   valore zero indica di usare il segnale predefinito, \const{SIGIO}. Un altro
1095   valore (compreso lo stesso \const{SIGIO}) specifica il segnale voluto; l'uso
1096   di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è installato il
1097   gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1098   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi \secref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1099   disponibili al gestore informazioni ulteriori informazioni riguardo il
1100   file che ha generato il segnale attraverso i valori restituiti in
1101   \struct{siginfo\_t} (come vedremo in
1102   \secref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi \const{F\_SETSIG}
1103     e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di Linux.}
1104 \end{basedescript}
1105
1106 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1107 poter essere affrontate in dettaglio a questo punto; saranno riprese più
1108 avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative (in particolare
1109 le tematiche relative all'I/O asincrono sono trattate in maniera esaustiva in
1110 \secref{sec:file_asyncronous_io} mentre quelle relative al \textit{file
1111   locking}\index{file!locking} saranno esaminate in
1112 \secref{sec:file_locking}).
1113
1114 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1115 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1116 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel
1117 \textit{file status flag} che si è ottenuto.  Infatti la definizione corrente
1118 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1119 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1120   queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1121 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1122 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1123 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \file{fcntl.h}), che estrae i bit di
1124 accesso dal \textit{file status flag}.
1125
1126
1127
1128 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1129 \label{sec:file_ioctl}
1130
1131 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostratato molto
1132 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1133 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1134 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1135 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1136 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1137 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1138 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1139
1140 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1141 di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1142 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1143 file descriptor.  Il prototipo di questa funzione è:
1144 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}  
1145   Manipola il dispositivo sottostante, usando il parametro \param{request} per
1146   specificare l'operazione richiesta ed il terzo parametro (usualmente di tipo
1147   \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1148   dell'informazione necessaria.
1149   
1150   \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1151     operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1152     caso di errore viene sempre restituito -1 ed \var{errno} assumerà uno dei
1153     valori:
1154   \begin{errlist}
1155   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un device, o
1156     la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa riferimento
1157     \param{fd}.
1158   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1159     validi.
1160   \end{errlist}
1161   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.}
1162 \end{prototype}
1163
1164 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1165 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1166 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1167 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1168 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1169 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1170 \begin{itemize*}
1171 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1172 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1173 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1174 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1175 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1176 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1177   speaker.
1178 \end{itemize*}
1179
1180 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1181 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1182 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1183 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1184 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1185   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1186   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1187   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
1188   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
1189   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
1190 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
1191 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
1192 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
1193 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
1194 imprevedibili o indesiderati.
1195
1196 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
1197 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
1198 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
1199 relative ad alcuni casi specifici (ad esempio la gestione dei terminali è
1200 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix),
1201 qui riportiamo solo i valori di alcuni comandi che sono definiti per ogni
1202 file:
1203 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1204 \item[\const{FIOCLEX}] Imposta il bit di \textit{close on exec}.
1205 \item[\const{FIONCLEX}] Cancella il bit di \textit{close on exec}.
1206 \item[\const{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1207 \item[\const{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1208 \end{basedescript}
1209 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1210
1211
1212 %%% Local Variables: 
1213 %%% mode: latex
1214 %%% TeX-master: "gapil"
1215 %%% End: