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