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 \curfig\ si è utilizzata questa situazione come esempio, facendo
142 riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
143 un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
144 entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo stesso inode).
146 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
147 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
148 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
149 descriptor dentro \var{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel più
150 recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una lista, ma
151 restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi \secref{sec:sys_limits}).
155 \section{Le funzioni base}
156 \label{sec:file_base_func}
158 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
159 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
160 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
163 La gran parte delle operazioni sui file si effettua attraverso queste cinque
164 funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O non bufferizzato dato
165 che effettuano le operazioni di lettura e scrittura usando direttamente le
166 system call del kernel.
169 \subsection{La funzione \func{open}}
170 \label{sec:file_open}
172 La funzione \func{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
173 quella che crea l'associazione fra un pathname ed un file descriptor, il suo
176 \headdecl{sys/types.h}
177 \headdecl{sys/stat.h}
179 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
180 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
181 Apre il file indicato da \var{pathname} nella modalità indicata da
182 \var{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
183 specificati da \var{mode}.
185 \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e -1 in
186 caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno dei
189 \item[\macro{EEXIST}] \var{pathname} esiste e si è specificato
190 \macro{O\_CREAT} e \macro{O\_EXCL}.
191 \item[\macro{EISDIR}] \var{pathname} indica una directory e si è tentato
192 l'accesso in scrittura.
193 \item[\macro{ENOTDIR}] si è specificato \macro{O\_DIRECTORY} e \var{pathname}
195 \item[\macro{ENXIO}] si sono impostati \macro{O\_NOBLOCK} o \macro{O\_WRONLY}
196 ed il file è una fifo che non viene letta da nessun processo o
197 \var{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è assente.
198 \item[\macro{ENODEV}] \var{pathname} si riferisce a un file di dispositivo
200 \item[\macro{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine di
201 un programma in esecuzione.
202 \item[\macro{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel risolvere
203 pathname o si è indicato \macro{O\_NOFOLLOW} e \var{pathname} è un link
206 ed inoltre \macro{EACCES}, \macro{ENAMETOOLONG}, \macro{ENOENT},
207 \macro{EROFS}, \macro{EFAULT}, \macro{ENOSPC}, \macro{ENOMEM},
208 \macro{EMFILE} e \macro{ENFILE}.}
211 La funzione apre il file, usando il primo file descriptor libero, e crea
212 l'opportuna voce (cioè la struttura \var{file}) nella file table. Viene usato
213 sempre il file descriptor con il valore più basso.
218 \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
220 \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
222 \hline % modalità di accesso al file
223 \macro{O\_RDONLY} & apre il file in sola lettura. \\
224 \macro{O\_WRONLY} & apre il file in sola scrittura. \\
225 \macro{O\_RDWR} & apre il file in lettura/scrittura. \\
226 \hline % modalità di apertura del file
228 \macro{O\_CREAT} & se il file non esiste verrà creato, con le regole di
229 titolarità del file viste in \secref{sec:file_ownership}. Il parametro
230 \var{mode} deve essere specificato. \\
231 \macro{O\_EXCL} & usato in congiunzione con \macro{O\_CREAT} fa sì che
232 l'esistenza del file diventi un errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
233 \func{open} con \macro{EEXIST}. \\
234 \macro{O\_NONBLOCK} & apre il file in modalità non bloccante. Questo
235 valore specifica anche una modalità di operazione (vedi sotto), e
236 comporta che \func{open} ritorni immediatamente (l'opzione ha senso
237 solo per le fifo, torneremo questo in \secref{sec:ipc_named_pipe}). \\
238 \macro{O\_NOCTTY} & se \var{pathname} si riferisce ad un device di
239 terminale, questo non diventerà il terminale di controllo, anche se il
240 processo non ne ha ancora uno (si veda \secref{sec:sess_ctrl_term}). \\
241 \macro{O\_SHLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno shared lock (vedi
242 \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
243 \macro{O\_EXLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno lock esclusivo (vedi
244 \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
245 \macro{O\_TRUNC} & se il file esiste ed è un file di dati e la modalità di
246 apertura consente la scrittura, allora la sua lunghezza verrà troncata a
247 zero. Se il file è un terminale o una fifo il flag verrà ignorato, negli
248 altri casi il comportamento non è specificato. \\
249 \macro{O\_NOFOLLOW} & se \var{pathname} è un link simbolico la chiamata
250 fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux dal kernel 2.1.126.
251 Nelle versioni precedenti i link simbolici sono sempre seguiti, e questa
252 opzione è ignorata. \\
253 \macro{O\_DIRECTORY} & se \var{pathname} non è una directory la chiamata
254 fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato introdotto con il
255 kernel 2.1.126 per evitare dei
256 \textit{DoS}\index{DoS}\protect\footnotemark\ quando
257 \func{opendir} viene chiamata su una
258 fifo o su un device di unità a nastri, non deve essere utilizzato al di
259 fuori dell'implementazione di \func{opendir}. \\
260 \macro{O\_LARGEFILE} & nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
261 grandi dimensioni consente di aprire file le cui dimensioni non possono
262 essere rappresentate da numeri a 31 bit. \\
264 \hline % modalità di operazione col file
265 \macro{O\_APPEND} & il file viene aperto in append mode. Prima di ciascuna
266 scrittura la posizione corrente viene sempre impostata alla fine del
267 file. Può causare corruzione del file con NFS se più di un processo scrive
268 allo stesso tempo.\footnotemark\\
269 \macro{O\_NONBLOCK} & il file viene aperto in modalità non bloccante per
270 le operazioni di I/O (che tratteremo in \secref{sec:file_noblocking}):
271 questo significa il fallimento di \func{read} in assenza di dati da
272 leggere e quello di \func{write} in caso di impossibilità di scrivere
273 immediatamente. Questa modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni
274 file di dispositivo. \\
275 \macro{O\_NDELAY} & in Linux\footnotemark\ è sinonimo di
276 \macro{O\_NONBLOCK}.\\
277 \macro{O\_ASYNC} & apre il file per l'I/O in modalità
278 asincrona (vedi \secref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è impostato viene
279 generato il segnale \macro{SIGIO} tutte le volte che sono disponibili
280 dati in input sul file. \\
281 \macro{O\_SYNC} & apre il file per l'input/output sincrono, ogni
282 \func{write} bloccherà fino al completamento della scrittura di tutti dati
283 sul sull'hardware sottostante.\\
284 \macro{O\_FSYNC} & sinonimo di \macro{O\_SYNC}. \\
285 \macro{O\_NOATIME} & blocca l'aggiornamento dei tempi dei di accesso dei
286 file (vedi \secref{sec:file_file_times}). In Linux questa opzione non è
287 disponibile per il singolo file ma come opzione per il filesystem in fase
291 \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
292 \label{tab:file_open_flags}
295 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
296 opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
297 file di lock possono incorrere in una race condition\index{race condition}.
298 Si consiglia come alternativa di usare un file con un nome univoco e la
299 funzione \func{link} per verificarne l'esistenza.}
301 \footnotetext[3]{\textit{Denial of Service}, si chiamano così attacchi miranti
302 ad impedire un servizio causando una qualche forma di carico eccessivo per
303 il sistema, che resta bloccato nelle risposte all'attacco.}
305 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in append, ed
306 il kernel deve simularla, ma questo comporta la possibilità di una race
307 condition, vedi \secref{sec:file_atomic}.}
309 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
310 una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
311 un'ambiguità, dato che come vedremo in \secref{sec:file_read} il ritorno di
312 zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
314 Questa caratteristica permette di prevedere qual'è il valore del file
315 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
316 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
317 visti in \secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
318 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
319 input (avrà cioè il file descriptor 0).
321 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo, (torneremo
322 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
323 \secref{sec:file_sharing}). Il nuovo file descriptor è impostato per restare
324 aperto attraverso una \func{exec} (come accennato in \secref{sec:proc_exec}) e
325 l'offset è impostato all'inizio del file.
327 L'argomento \param{mode} specifica i permessi con cui il file viene
328 eventualmente creato; i valori possibili sono gli stessi già visti in
329 \secref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
330 delle costanti descritte in \tabref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
331 filtrati dal valore di \var{umask} (vedi \secref{sec:file_umask}) per il
334 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
335 dell'argomento \param{flags}. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
336 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
337 campo \var{f\_flags} della struttura \var{file} (al solito si veda lo schema
338 di \curfig). Essi sono divisi in tre categorie principali:
340 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
341 si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
342 lettura/scrittura. Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
343 si apre un file. Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
344 essere riletti con una \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status
345 flag}), ma non possono essere modificati.
346 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
347 alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
348 eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
349 sono memorizzati né possono essere riletti.
350 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
351 alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
352 (come la \func{read} o la \func{write}). Anch'essi fanno parte del
353 \textit{file status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di
354 \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle
355 caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}.
358 In \tabref{tab:file_open_flags} si sono riportate, ordinate e divise fra loro
359 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
360 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra di loro
361 con un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
362 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open} per specificarne il
363 comportamento. I due flag \macro{O\_NOFOLLOW} e \macro{O\_DIRECTORY} sono
364 estensioni specifiche di Linux, e deve essere usata definita la macro
365 \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli usare.
367 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
368 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
369 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
370 \func{creat}, il cui prototipo è:
371 \begin{prototype}{fcntl.h}
372 {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
373 Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \var{mode}. É del
374 tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
376 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
380 \subsection{La funzione \func{close}}
381 \label{sec:file_close}
383 La funzione \func{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
384 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
385 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
386 Chiude il descrittore \var{fd}.
388 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
389 ed in questo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
391 \item[\macro{EBADF}] \var{fd} non è un descrittore valido.
392 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
394 ed inoltre \macro{EIO}.}
397 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking} è
398 trattato in \secref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito
399 su di esso; se \var{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie) ad un file
400 aperto, tutte le risorse nella file table vengono rilasciate. Infine se il
401 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
404 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
405 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
406 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
407 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
408 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
409 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
410 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
411 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
412 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
413 e le quote su disco.}
415 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
416 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
417 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
418 \func{sync} (vedi \secref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
419 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
420 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
421 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
422 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
425 \subsection{La funzione \func{lseek}}
426 \label{sec:file_lseek}
428 Come già accennato in \secref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
429 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
430 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \var{file}) espressa da un numero intero
431 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
432 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
433 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
435 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \macro{O\_APPEND}) questa
436 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla ad
437 un valore qualsiasi con la funzione \func{lseek}, il cui prototipo è:
439 \headdecl{sys/types.h}
441 \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
442 Imposta la posizione attuale nel file.
444 \bodydesc{La funzione ritorna valore della posizione corrente in caso di
445 successo e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
448 \item[\macro{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
449 \item[\macro{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
451 ed inoltre \macro{EBADF}.}
454 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
455 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
456 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
457 questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
458 \macro{L\_SET}, \macro{L\_INCR} e \macro{L\_XTND}.}:
459 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
460 \item[\macro{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore di
461 \var{offset} è la nuova posizione.
462 \item[\macro{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
463 \var{offset} può essere negativo e positivo.
464 \item[\macro{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: il valore di
465 \var{offset} può essere negativo e positivo.
468 Come accennato in \secref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
469 impostare la posizione corrente anche al di la della fine del file, e alla
470 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessuna
471 attività di input/output, si limita a modificare la posizione corrente nel
472 kernel (cioè \var{f\_pos} in \var{file}, vedi \figref{fig:file_proc_file}).
474 Dato che la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per
475 \param{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la
476 funzione con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
478 Si tenga presente inoltre che usare \macro{SEEK\_END} non assicura affatto che
479 successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
480 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
481 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza.
482 (questa è una potenziale sorgente di
483 \textit{race condition}\index{race condition}, vedi \secref{sec:file_atomic}).
485 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
486 questo caso la funzione ritorna l'errore \macro{EPIPE}. Questo, oltre che per
487 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
488 supportano questa funzione, come ad esempio per le \acr{tty}.\footnote{altri
489 sistemi, usando \macro{SEEK\_SET}, in questo caso ritornano il numero di
490 caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard POSIX però non specifica
491 niente al proposito. Infine alcuni device, ad esempio \file{/dev/null}, non
492 causano un errore ma restituiscono un valore indefinito.
495 \subsection{La funzione \func{read}}
496 \label{sec:file_read}
499 Una volta che un file è stato aperto su possono leggere i dati che contiene
500 utilizzando la funzione \func{read}, il cui prototipo è:
501 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
503 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd} al buffer \var{buf}.
505 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
506 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
508 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
509 aver potuto leggere qualsiasi dato.
510 \item[\macro{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
511 era aperto il file in modalità \macro{O\_NONBLOCK}.
513 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EIO}, \macro{EISDIR}, \macro{EBADF},
514 \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
515 natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
518 La funzione tenta di leggere \var{count} byte a partire dalla posizione
519 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
520 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \var{count} è zero la
521 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.
523 Si deve sempre tener presente che non è detto che la funzione \func{read}
524 restituisca sempre il numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni
525 per cui la funzione può restituire un numero di byte inferiore; questo è un
526 comportamento normale, e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
528 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
529 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
530 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
533 Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione di lettura,
534 otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La condizione
535 raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene segnalata appunto
536 da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere ulteriormente la
537 lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di continuare a ricevere zero
538 come valore di ritorno.
540 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
541 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
542 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
543 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
544 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
545 \secref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
546 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
547 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
549 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
550 come vedremo in \secref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file di
551 dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
552 singolo blocco alla volta.
554 In realtà anche le due condizioni segnalate dagli errori \macro{EINTR} e
555 \macro{EAGAIN} non sono errori. La prima si verifica quando la \func{read} è
556 bloccata in attesa di dati in ingresso e viene interrotta da un segnale; in
557 tal caso l'azione da prendere è quella di rieseguire la funzione. Torneremo in
558 dettaglio sull'argomento in \secref{sec:sig_gen_beha}.
560 La seconda si verifica quando il file è in modalità non bloccante (vedi
561 \secref{sec:file_noblocking}) e non ci sono dati in ingresso: la funzione
562 allora ritorna immediatamente con un errore \macro{EAGAIN}\footnote{sotto BSD
563 questo per questo errore viene usata la costante \macro{EWOULDBLOCK}, in
564 Linux, con le glibc, questa è sinonima di \macro{EAGAIN}.} che nel caso
565 indica soltanto che occorrerà provare a ripetere la lettura.
567 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
568 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
569 Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
570 state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
571 l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
572 aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
573 delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
574 normalmente Unix98, vedi \secref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
575 definizione di un'altra funzione di lettura, \func{pread}, il cui prototipo è:
576 \begin{prototype}{unistd.h}
577 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
579 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd}, a partire dalla posizione
580 \var{offset}, nel buffer \var{buf}.
582 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
583 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
584 \func{read} e \func{lseek}.}
586 \noindent che però diventa accessibile solo con la definizione della macro:
588 #define _XOPEN_SOURCE 500
591 Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
592 modificarne la posizione corrente. È equivalente alla esecuzione di una
593 \func{read} seguita da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la
594 posizione corrente sul file, ma permette di eseguire l'operazione
595 atomicamente. Questo può essere importante quando la posizione sul file viene
596 condivisa da processi diversi (vedi \secref{sec:file_sharing}). Il valore di
597 \var{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
600 \subsection{La funzione \func{write}}
601 \label{sec:file_write}
603 Una volta che un file è stato aperto su può scrivere su di esso utilizzando la
604 funzione \func{write}, il cui prototipo è:
605 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
607 Scrive \var{count} byte dal buffer \var{buf} sul file \var{fd}.
609 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
610 e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
612 \item[\macro{EINVAL}] \var{fd} è connesso ad un oggetto che non consente la
614 \item[\macro{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
615 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
616 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
617 \item[\macro{EPIPE}] \var{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
618 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
619 \macro{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
620 funzione ritorna questo errore.
621 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
622 aver potuto scrivere qualsiasi dato.
623 \item[\macro{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
624 era aperto il file in modalità \macro{O\_NONBLOCK}.
626 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EIO}, \macro{EISDIR}, \macro{EBADF},
627 \macro{ENOSPC}, \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT} ed eventuali altri errori
628 dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
631 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \var{count} byte a
632 partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
633 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
634 modalità \macro{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti alla fine del file.
635 Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano immediatamente disponibili
636 ad una \func{read} chiamata dopo che la \func{write} che li ha scritti è
637 ritornata; ma dati i meccanismi di caching non è detto che tutti i filesystem
638 supportino questa capacità.
640 Se \var{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro. Per
641 i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello indicato
642 da \var{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo stesso
643 comportamento di \func{read}.
645 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \func{pwrite}
646 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
647 nel file, il suo prototipo è:
648 \begin{prototype}{unistd.h}
649 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
651 Cerca di scrivere sul file \var{fd}, a partire dalla posizione \var{offset},
652 \var{count} byte dal buffer \var{buf}.
654 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
655 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
656 \func{write} e \func{lseek}.}
658 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
661 \section{Caratteristiche avanzate}
662 \label{sec:file_adv_func}
664 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
665 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
666 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
667 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
668 dell'argomento sarà comunque affrontato in \capref{cha:file_advanced}).
671 \subsection{La condivisione dei files}
672 \label{sec:file_sharing}
674 In \secref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
675 dell'interfaccia coi file da parte di un processo, mostrando in
676 \figref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
677 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
678 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
682 \includegraphics[width=13cm]{img/filemultacc}
683 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
685 \label{fig:file_mult_acc}
688 Il primo caso è quello in cui due processi diversi che aprono lo stesso file
689 su disco; sulla base di quanto visto in \secref{sec:file_fd} avremo una
690 situazione come quella illustrata in \figref{fig:file_mult_acc}: ciascun
691 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
692 diverso file descriptor nella sua \var{file\_struct}. Entrambe le voci nella
693 \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso inode su disco.
695 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
696 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
697 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
698 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
699 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
701 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
702 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
703 scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
704 automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size} nell'inode.
705 \item se un file è in modalità \macro{O\_APPEND} tutte le volte che viene
706 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
707 dimensione corrente del file letta dall'inode. Dopo la scrittura il file
708 viene automaticamente esteso.
709 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo \var{f\_pos}
710 nella struttura \var{file} della \textit{file table}, non c'è nessuna
711 operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla fine del file
712 la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente dall'inode.
717 \includegraphics[width=13cm]{img/fileshar}
718 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
719 \label{fig:file_acc_child}
722 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
723 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il
724 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
725 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_fork}). La
726 situazione è illustrata in \figref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
727 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
728 una copia di \var{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
730 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
731 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
732 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
733 \secref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
734 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
735 \var{f\_pos} che è la stesso per entrambi).
737 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
738 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
739 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
740 \var{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono associati
741 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \macro{FD\_CLOEXEC},
742 detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono tenuti invece in
743 \var{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun processo e non vengono
744 modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione della stessa
745 voce della \textit{file table}.
749 \subsection{Operazioni atomiche coi file}
750 \label{sec:file_atomic}
752 Come si è visto in un sistema unix è sempre possibile per più processi
753 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
754 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
755 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
757 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
758 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
759 maniera imprevedibile. Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
760 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
761 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il \textit{file
762 locking}, che esamineremo in \secref{cha:file_advanced}).
764 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
765 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
766 log). Come accennato in \secref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla fine
767 del file e poi scrivere può condurre ad una
768 \textit{race condition}\index{race condition}:
769 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine
770 del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in questo caso, come abbiamo
771 appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro primo processo avrà ancora la
772 posizione corrente impostata con la \func{lseek} che non corrisponde più alla
773 fine del file, e la successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo
776 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
777 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
778 \macro{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo descritto in
779 precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine
780 del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo
781 avviene all'interno di una singola system call (la \func{write}) che non
782 essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione atomica.
784 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
785 creare un file di lock, bloccandosi se il file esiste. In questo caso la
786 sequenza logica porterebbe a verificare prima l'esistenza del file con una
787 \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat}; di nuovo avremmo la
788 possibilità di una race condition\index{race condition} da parte di un altro
789 processo che crea lo stesso file fra il controllo e la creazione.
791 Per questo motivo sono stati introdotti pe \func{open} i due flag
792 \macro{O\_CREAT} e \macro{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
793 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
794 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
795 di una singola system call.
798 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
799 \label{sec:file_sync}
801 Come accennato in \secref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
802 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
803 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
804 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
806 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
807 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
808 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
809 questo da la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
810 l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno che
811 può ritardare ulteriormente la scrittura effettiva.} La prima di queste
812 funzioni è \func{sync} il cui prototipo è:
813 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
815 Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
817 \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
819 \noindent i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
820 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
821 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
824 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
825 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
826 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
827 valore tradizionale per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma in Linux era
828 di 5 secondi; con le nuove versioni poi, è il kernel che si occupa
829 direttamente di tutto quanto.
831 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
832 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
833 usare le due funzioni \func{fsync} e \func{fdatasync}, i cui prototipi sono:
836 \funcdecl{int fsync(int fd)}
837 Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
838 \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
839 Sincronizza i dati del file \param{fd}.
841 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
842 nel qual caso i codici restituiti in \var{errno} sono:
844 \item[\macro{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
847 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EROFS} e \macro{EIO}.}
850 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
851 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
852 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadata dell'inode (i dati
853 di \var{fstat} come i tempi del file).
855 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
856 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
857 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
858 il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
859 il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
863 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
866 Abbiamo già visto in \secref{sec:file_sharing} come un processo figlio
867 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
868 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
869 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \func{dup} il cui
871 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
872 Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
874 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
875 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
878 \item[\macro{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
879 \item[\macro{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
884 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
885 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
886 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
887 può fare riferimento a \figref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
888 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura \var{file\_struct},
889 cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento alla stessa voce
890 nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo file descriptor è
891 \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
894 \centering \includegraphics[width=13cm]{img/filedup}
895 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
899 Si noti che per quanto illustrato in\figref{fig:file_dup} i file descriptor
900 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
901 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
902 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
903 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
904 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
905 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
906 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
907 di \func{dup} il flag di \textit{close on exec} viene sempre cancellato nella
910 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
911 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
912 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
913 allo standard output (torneremo sull'argomento in \secref{sec:ipc_pipe_use},
914 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
915 il file che si vuole sostituire, cossicché il suo file descriptor possa esser
916 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
919 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
920 della funzione, \func{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual'è
921 il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
923 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
925 Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
927 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
928 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
930 \item[\macro{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha un
931 valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
932 \item[\macro{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
936 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
937 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
938 sarà prima chiuso e poi duplicato.
940 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
941 funzione di controllo dei file \func{fnctl} (che esamineremo in
942 \secref{sec:file_fcntl}) con il parametro \macro{F\_DUPFD}.
944 L'operazione ha la sintassi \code{fnctl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
945 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
946 differenza, a parte i codici di errore, è che \func{dup2} chiude il nuovo file
947 se è già aperto mentre \func{fcntl} apre il primo disponibile con un valore
948 superiore, per cui per poterla usare come \func{dup2} occorrerebbe prima
949 effettuare una \func{close}, perdendo l'atomicità dell'operazione.
952 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
953 \label{sec:file_fcntl}
955 Oltre alle operazioni base esaminate in \secref{sec:file_base_func} esistono
956 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
957 descriptor. Per queste operazioni di manipolazione delle varie proprietà di un
958 file descriptor viene usata la funzione \func{fcntl} il cui prototipo è:
962 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
963 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
964 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
965 Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
968 \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
969 dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre -1 ed il
970 codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
971 possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
973 \item[\macro{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
977 Il comportamento di questa funzione è determinato dal valore del comando
978 \param{cmd} che le viene fornito; in \secref{sec:file_dup} abbiamo incontrato
979 un esempio per la duplicazione dei file descriptor, una lista dei possibili
980 valori è riportata di seguito:
981 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
982 \item[\macro{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
983 maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \var{fd}. In caso di
984 successo ritorna il nuovo file descriptor. Gli errori possibili sono
985 \macro{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito o
986 \macro{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
987 descrittori consentito.
988 \item[\macro{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag}
989 al valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è
990 quello di \textit{close on exec}, identificato dalla costante
992 \item[\macro{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
993 \var{fd}, se \macro{FD\_CLOEXEC} è impostato i file descriptor aperti
994 vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti (il comportamento
995 predefinito) restano aperti.
996 \item[\macro{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag},
997 permette cioè di rileggere quei bit impostati da \func{open} all'apertura del
998 file che vengono memorizzati (quelli riportati nella prima e terza sezione
999 di \tabref{tab:file_open_flags}).
1000 \item[\macro{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1001 specificato da \param{arg}, possono essere impostati solo i bit riportati
1002 nella terza sezione di \tabref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1003 manuale riporta come impostabili solo \macro{O\_APPEND},
1004 \macro{O\_NONBLOCK} e \macro{O\_ASYNC}.}
1005 \item[\macro{F\_GETLK}] se un file lock è attivo restituisce nella struttura
1006 \param{lock} la struttura \type{flock} che impedisce l'acquisizione del
1007 blocco, altrimenti imposta il campo \var{l\_type} a \macro{F\_UNLCK} (per i
1008 dettagli sul \textit{file locking} vedi \secref{sec:file_locking}).
1009 \item[\macro{F\_SETLK}] richiede il file lock specificato da \param{lock} se
1010 \var{l\_type} è \macro{F\_RDLCK} o \macro{F\_WRLLCK} o lo rilascia se
1011 \var{l\_type} è \macro{F\_UNLCK}. Se il lock è tenuto da qualcun'altro
1012 ritorna immediatamente restituendo -1 e imposta \var{errno} a \macro{EACCES}
1013 o \macro{EAGAIN} (per i dettagli sul \textit{file locking} vedi
1014 \secref{sec:file_locking}).
1015 \item[\macro{F\_SETLKW}] identica a \macro{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1016 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1017 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce -1 e imposta
1018 \var{errno} a \macro{EINTR} (per i dettagli sul \textit{file locking} vedi
1019 \secref{sec:file_locking}).
1020 \item[\macro{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o il process
1021 group che è preposto alla ricezione dei segnali \macro{SIGIO} e
1022 \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file descriptor \var{fd}. Il
1023 process group è restituito come valore negativo.
1024 \item[\macro{F\_SETOWN}] imposta il processo o process group che riceverà i
1025 segnali \macro{SIGIO} e \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file
1026 descriptor \var{fd}. I process group sono impostati usando valori negativi.
1027 \item[\macro{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale mandato quando ci
1028 sono dati disponibili in input su un file descriptor aperto o impostato in
1029 I/O asincrono. Il valore 0 indica il valore predefinito (che è
1030 \macro{SIGIO}), un valore diverso da zero indica il segnale richiesto, (che
1031 può essere lo stesso \macro{SIGIO}).
1032 \item[\macro{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1033 possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono. Il
1034 valore zero indica di usare il segnale predefinito, \macro{SIGIO}. Un altro
1035 valore (compreso lo stesso \macro{SIGIO}) specifica il segnale voluto; l'uso
1036 di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è installato il
1037 manipolatore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1038 \macro{SA\_SIGINFO}, (vedi \secref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1039 disponibili al manipolatore informazioni ulteriori informazioni riguardo il
1040 file che ha generato il segnale attraverso i valori restituiti in
1041 \type{siginfo\_t} (come vedremo in
1042 \secref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi \macro{F\_SETSIG}
1043 e \macro{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di Linux.}
1046 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1047 poter essere affrontate in dettaglio a questo punto; saranno riprese più
1048 avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative (in particolare
1049 riprenderemo le tematiche relative all'I/O asincrono in
1050 \secref{sec:file_asyncronous_io} e quelle relative al \textit{file locking} in
1051 \secref{sec:file_locking}).
1053 Per determinare le modalità di accesso inoltre è necessario estrarre i bit di
1054 accesso (ottenuti con il comando \macro{F\_GETFL}); infatti la definizione
1055 corrente non assegna bit separati a \macro{O\_RDONLY}, \macro{O\_WRONLY} e
1056 \macro{O\_RDWR},\footnote{posti rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} per cui il
1057 valore si ottiene eseguendo un AND binario del valore di ritorno di
1058 \func{fcntl} con la maschera \macro{O\_ACCMODE} anch'essa definita in
1063 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1064 \label{sec:file_ioctl}
1066 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostratato molto
1067 valido anche per l'interazione con i più vari dispositivi, con cui si può
1068 interagire con le stesse funzioni usate per i normali file di dati,
1069 esisteranno sempre caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e della
1070 funzionalità che ciascuno di essi provvede, che non possono venire comprese in
1071 questa interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di
1072 una porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1074 Per questo motivo l'architettura del sistema ha previsto l'esistenza di una
1075 funzione speciale, \func{ioctl}, con cui poter compiere operazioni specifiche
1076 per ogni singolo dispositivo. Il prototipo di questa funzione è:
1077 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1078 Manipola il dispositivo sottostante, usando il parametro \param{request} per
1079 specificare l'operazione richiesta e il terzo parametro (usualmente di tipo
1080 \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1081 dell'informazione necessaria.
1083 \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1084 operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1085 caso di errore viene sempre restituito -1 ed \var{errno} assumerà uno dei
1088 \item[\macro{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un device, o la
1089 richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa riferimento \param{fd}.
1090 \item[\macro{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1093 ed inoltre \macro{EBADF} e \macro{EFAULT}.}
1096 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1097 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1098 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1099 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1100 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1101 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1103 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1104 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1105 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1106 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1107 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1108 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1112 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1113 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1114 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1115 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1116 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1117 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1118 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1119 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso causi al più un errore.
1120 Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per una trattazione
1121 dettagliata dell'argomento.} in alcuni casi, relativi a valori assegnati
1122 prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente si potrebbe
1125 Per questo motivo non è possibile fare altro che darne una descrizione
1126 generica; torneremo ad esaminare in seguito quelle relative ad alcuni casi
1127 specifici (ad esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso
1128 \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo i
1129 valori che sono definiti per ogni file:
1130 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1131 \item[\macro{FIOCLEX}] Imposta il bit di \textit{close on exec}.
1132 \item[\macro{FIONCLEX}] Cancella il bit di \textit{close on exec}.
1133 \item[\macro{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1134 \item[\macro{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1136 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1139 %%% Local Variables:
1141 %%% TeX-master: "gapil"