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