fileunix.tex

   1 \chapter{L'interfaccia unix di I/O con i file}
   2 \label{cha:file_unix_interface}
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   4 Esamineremo in questo capitolo la prima delle due interfacce di programmazione
   5 per i file, quella dei \textit{file descriptor}, nativa di unix. Questa è
   6 l'interfaccia di basso livello, che non prevede funzioni evolute come la
   7 bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura formattata, ma è su questa
   8 che è costruita anche l'interfaccia standard dei file definita dallo standard
   9 ANSI C.
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  13 \section{L'architettura di base}
  14 \label{sec:file_base_arch}
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  16 Esamineremo in questa sezione la architettura su cui è basata dell'interfaccia
  17 con cui i processi accedono ai file, che, pure nelle differenze di
  18 implementazione, è comune ad ogni implementazione di unix.
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  21 \subsection{L'architettura dei \textit{file descriptors}}
  22 \label{sec:file_fd}
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  24 Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
  25 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso (si ricordi
  26 quanto visto in \secref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa aprendo il file con
  27 la funzione \func{open} che provvederà a localizzare l'inode del file e
  28 inizializzare le funzioni che il VFS mette a disposizione (riportate in
  29 \tabref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il file
  30 dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione impedendo
  31 ogni ulteriore operazione.
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  33 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
  34 negativo, chiamato appunto \textit{file descriptors}, quando un file viene
  35 aperto la funzione restituisce il file descriptor, e tutte le successive
  36 operazioni devono passare il \textit{file descriptors} come argomento.
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  38 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come è
  39 che il kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Il kernel mantiene
  40 sempre un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \textit{process table}
  41 ed un elenco dei file aperti nella \textit{file table}.
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  43 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
  44 processo attivo nel sistema. In Linux la tabella è costituita da strutture di
  45 tipo \var{task\_struct} nelle quali sono raccolte tutte le informazioni
  46 relative ad un singolo processo; fra queste informazioni c'è anche il
  47 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo \var{files\_struct} in cui sono
  48 contenute le informazioni relative ai file che il processo ha aperto, ed in
  49 particolare:
  50 \begin{itemize}
  51 \item i flag relativi ai file descriptor.
  52 \item il numero di file aperti.
  53 \item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
  54   \textit{file table} per ogni file aperto.
  55 \end{itemize}
  56 il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
  57 questa tabella.
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  59 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
  60 che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da strutture di tipo
  61 \var{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie informazioni relative al
  62 file, fra cui:
  63 \begin{itemize}
  64 \item lo stato del file (lettura, scrittura, append, etc.).
  65 \item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file.
  66 \item un puntatore all'inode\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
  67     ad un puntatore ad una struttura \var{dentry} che punta a sua volta
  68     all'inode passando per la nuova struttura del VFS} del file.
  69 \item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
  70     \var{f\_op} descritta in \secref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
  71   sul file.
  72 \end{itemize}
  73 In \nfig\ si è riportato lo schema di questa architettura, con le
  74 interrelazioni fra tutti questi elementi.
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  76 \begin{figure}[htb]
  77   \centering
  78   \includegraphics[width=14cm]{img/procfile.eps}
  79   \caption{Schema delle operazioni del VFS}
  80   \label{fig:file_VFS_scheme}
  81 \end{figure}
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  84 \subsection{I file standard}
  85 \label{sec:file_std_descr}
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  87 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
  88 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo normalmente
  89 essi vengono assegnati in successione tutte le volte che apre un nuovo file
  90 (senza averne chiuso nessuno in precedenza).
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  93 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
  94 processo viene lanciato con almeno tre file aperti. Questi, per quanto
  95 dicevamo prima, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2.
  96 Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
  97 delle applicazioni, e non seguirla potrebbe portare a gravi problemi di
  98 incompatibilità.
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 101 Il primo file è sempre associato a quello che viene chiamato \textit{standard
 102   input}, è cioè il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in
 103 ingresso (nel caso della shell, è associato alla lettura della tastiera); il
 104 secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè il file su cui ci
 105 si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita (sempre nel caso della
 106 shell, è il terminale su cui si sta scrivendo), il terzo è lo \textit{standard
 107   error}, su cui viene inviato l'output relativo agli errori.
 108
 109 Lo standard POSIX.1 provvede tre costanti simboliche, definite nell'header
 110 \file{unistd.h}, al posto di questi valori numerici:
 111 \begin{itemize}
 112 \item \macro{STDIN\_FILENO} \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 113     input}
 114 \item \macro{STDOUT\_FILENO} \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 115     output}
 116 \item \macro{STDERR\_FILENO} \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 117     error}
 118 \end{itemize}
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 122 \subsection{La condivisione dei files}
 123 \label{sec:file_sharing}
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 127 \section{Le funzioni base}
 128 \label{sec:file_base_func}
 129
 130 L'interfaccia standard unix per l'input/output sui file è basata su cinque
 131 funzioni fondamentali \func{open}, \func{read}, \func{write},
 132 \func{lseek} e \func{close};
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 135 \subsection{La funzione \func{open}}
 136 \label{sec:file_open}
 137
 138 \subsection{La funzione \func{creat}}
 139 \label{sec:file_creat}
 140
 141 \subsection{La funzione \func{close}}
 142 \label{sec:file_close}
 143
 144 \subsection{La funzione \func{lseek}}
 145 \label{sec:file_lseek}
 146
 147 \subsection{La funzione \func{read}}
 148 \label{sec:file_read}
 149
 150 \subsection{La funzione \func{write}}
 151 \label{sec:file_write}
 152
 153 \subsection{Operazioni atomiche coi file}
 154 \label{sec:file_atomic}
 155
 156 \section{Funzioni avanzate}
 157 \label{sec:file_adv_func}
 158
 159 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
 160 \label{sec:file_dup}
 161
 162 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
 163 \label{sec:file_fcntl}
 164
 165 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
 166 \label{sec:file_ioctl}
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