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 (vedi \secref{sec:ipc_file_lock}) possono incorrere in una race
299 condition\index{race condition}. Si consiglia come alternativa di usare un
300 file con un nome univoco e la funzione \func{link} per verificarne
303 \footnotetext[3]{\textit{Denial of Service}, si chiamano così attacchi miranti
304 ad impedire un servizio causando una qualche forma di carico eccessivo per
305 il sistema, che resta bloccato nelle risposte all'attacco.}
307 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in append, ed
308 il kernel deve simularla, ma questo comporta la possibilità di una race
309 condition, vedi \secref{sec:file_atomic}.}
311 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
312 una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
313 un'ambiguità, dato che come vedremo in \secref{sec:file_read} il ritorno di
314 zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
316 Questa caratteristica permette di prevedere qual'è il valore del file
317 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
318 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
319 visti in \secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
320 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
321 input (avrà cioè il file descriptor 0).
323 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo, (torneremo
324 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
325 \secref{sec:file_sharing}). Il nuovo file descriptor è impostato per restare
326 aperto attraverso una \func{exec} (come accennato in \secref{sec:proc_exec}) e
327 l'offset è impostato all'inizio del file.
329 L'argomento \param{mode} specifica i permessi con cui il file viene
330 eventualmente creato; i valori possibili sono gli stessi già visti in
331 \secref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
332 delle costanti descritte in \tabref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
333 filtrati dal valore di \var{umask} (vedi \secref{sec:file_umask}) per il
336 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
337 dell'argomento \param{flags}. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
338 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
339 campo \var{f\_flags} della struttura \var{file} (al solito si veda lo schema
340 di \figref{fig:file_proc_file}). Essi sono divisi in tre categorie
343 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
344 si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
345 lettura/scrittura. Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
346 si apre un file. Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
347 essere riletti con una \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status
348 flag}), ma non possono essere modificati.
349 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
350 alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
351 eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
352 sono memorizzati né possono essere riletti.
353 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
354 alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
355 (come la \func{read} o la \func{write}). Anch'essi fanno parte del
356 \textit{file status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di
357 \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle
358 caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}.
361 In \tabref{tab:file_open_flags} si sono riportate, ordinate e divise fra loro
362 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
363 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra di loro
364 con un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
365 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open} per specificarne il
366 comportamento. I due flag \macro{O\_NOFOLLOW} e \macro{O\_DIRECTORY} sono
367 estensioni specifiche di Linux, e deve essere usata definita la macro
368 \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli usare.
370 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
371 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
372 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
373 \func{creat}, il cui prototipo è:
374 \begin{prototype}{fcntl.h}
375 {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
376 Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \var{mode}. É del
377 tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
379 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
383 \subsection{La funzione \func{close}}
384 \label{sec:file_close}
386 La funzione \func{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
387 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
388 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
389 Chiude il descrittore \var{fd}.
391 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
392 ed in questo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
394 \item[\macro{EBADF}] \var{fd} non è un descrittore valido.
395 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
397 ed inoltre \macro{EIO}.}
400 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking} è
401 trattato in \secref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito
402 su di esso; se \var{fd} è l'ultimo riferimento (di eventuali copie) ad un file
403 aperto, tutte le risorse nella file table vengono rilasciate. Infine se il
404 file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
407 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
408 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
409 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
410 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
411 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
412 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
413 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
414 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
415 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
416 e le quote su disco.}
418 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
419 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
420 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
421 \func{sync} (vedi \secref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
422 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
423 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
424 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
425 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
428 \subsection{La funzione \func{lseek}}
429 \label{sec:file_lseek}
431 Come già accennato in \secref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
432 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
433 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \var{file}) espressa da un numero intero
434 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
435 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
436 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
438 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \macro{O\_APPEND}) questa
439 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla ad
440 un valore qualsiasi con la funzione \func{lseek}, il cui prototipo è:
442 \headdecl{sys/types.h}
444 \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
445 Imposta la posizione attuale nel file.
447 \bodydesc{La funzione ritorna valore della posizione corrente in caso di
448 successo e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
451 \item[\macro{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
452 \item[\macro{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
454 ed inoltre \macro{EBADF}.}
457 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
458 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
459 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
460 questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
461 \macro{L\_SET}, \macro{L\_INCR} e \macro{L\_XTND}.}:
462 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
463 \item[\macro{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore di
464 \var{offset} è la nuova posizione.
465 \item[\macro{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
466 \var{offset} può essere negativo e positivo.
467 \item[\macro{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: il valore di
468 \var{offset} può essere negativo e positivo.
471 Come accennato in \secref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
472 impostare la posizione corrente anche al di la della fine del file, e alla
473 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessuna
474 attività di input/output, si limita a modificare la posizione corrente nel
475 kernel (cioè \var{f\_pos} in \var{file}, vedi \figref{fig:file_proc_file}).
477 Dato che la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per
478 \param{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la
479 funzione con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
481 Si tenga presente inoltre che usare \macro{SEEK\_END} non assicura affatto che
482 successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
483 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
484 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza.
485 (questa è una potenziale sorgente di
486 \textit{race condition}\index{race condition}, vedi \secref{sec:file_atomic}).
488 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
489 questo caso la funzione ritorna l'errore \macro{EPIPE}. Questo, oltre che per
490 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
491 supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
492 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \macro{SEEK\_SET}, in questo caso
493 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
494 POSIX però non specifica niente al proposito. Infine alcuni file speciali, ad
495 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
499 \subsection{La funzione \func{read}}
500 \label{sec:file_read}
503 Una volta che un file è stato aperto su possono leggere i dati che contiene
504 utilizzando la funzione \func{read}, il cui prototipo è:
505 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
507 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd} al buffer \var{buf}.
509 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
510 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
512 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
513 aver potuto leggere qualsiasi dato.
514 \item[\macro{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
515 era aperto il file in modalità \macro{O\_NONBLOCK}.
517 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EIO}, \macro{EISDIR}, \macro{EBADF},
518 \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
519 natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
522 La funzione tenta di leggere \var{count} byte a partire dalla posizione
523 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
524 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \var{count} è zero la
525 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.
527 Si deve sempre tener presente che non è detto che la funzione \func{read}
528 restituisca sempre il numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni
529 per cui la funzione può restituire un numero di byte inferiore; questo è un
530 comportamento normale, e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
532 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
533 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
534 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
537 Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione di lettura,
538 otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La condizione
539 raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene segnalata appunto
540 da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere ulteriormente la
541 lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di continuare a ricevere zero
542 come valore di ritorno.
544 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
545 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
546 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
547 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
548 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
549 \secref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
550 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
551 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
553 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
554 come vedremo in \secref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file di
555 dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
556 singolo blocco alla volta.
558 In realtà anche le due condizioni segnalate dagli errori \macro{EINTR} e
559 \macro{EAGAIN} non sono errori. La prima si verifica quando la \func{read} è
560 bloccata in attesa di dati in ingresso e viene interrotta da un segnale; in
561 tal caso l'azione da prendere è quella di rieseguire la funzione. Torneremo in
562 dettaglio sull'argomento in \secref{sec:sig_gen_beha}.
564 La seconda si verifica quando il file è in modalità non bloccante (vedi
565 \secref{sec:file_noblocking}) e non ci sono dati in ingresso: la funzione
566 allora ritorna immediatamente con un errore \macro{EAGAIN}\footnote{sotto BSD
567 questo per questo errore viene usata la costante \macro{EWOULDBLOCK}, in
568 Linux, con le glibc, questa è sinonima di \macro{EAGAIN}.} che nel caso
569 indica soltanto che occorrerà provare a ripetere la lettura.
571 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
572 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
573 Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
574 state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
575 l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
576 aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
577 delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
578 normalmente Unix98, vedi \secref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
579 definizione di un'altra funzione di lettura, \func{pread}, il cui prototipo è:
580 \begin{prototype}{unistd.h}
581 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
583 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd}, a partire dalla posizione
584 \var{offset}, nel buffer \var{buf}.
586 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
587 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
588 \func{read} e \func{lseek}.}
590 \noindent che però diventa accessibile solo con la definizione della macro:
592 #define _XOPEN_SOURCE 500
595 Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
596 modificarne la posizione corrente. È equivalente alla esecuzione di una
597 \func{read} seguita da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la
598 posizione corrente sul file, ma permette di eseguire l'operazione
599 atomicamente. Questo può essere importante quando la posizione sul file viene
600 condivisa da processi diversi (vedi \secref{sec:file_sharing}). Il valore di
601 \var{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
604 \subsection{La funzione \func{write}}
605 \label{sec:file_write}
607 Una volta che un file è stato aperto su può scrivere su di esso utilizzando la
608 funzione \func{write}, il cui prototipo è:
609 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
611 Scrive \var{count} byte dal buffer \var{buf} sul file \var{fd}.
613 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
614 e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
616 \item[\macro{EINVAL}] \var{fd} è connesso ad un oggetto che non consente la
618 \item[\macro{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
619 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
620 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
621 \item[\macro{EPIPE}] \var{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
622 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
623 \macro{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
624 funzione ritorna questo errore.
625 \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
626 aver potuto scrivere qualsiasi dato.
627 \item[\macro{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
628 era aperto il file in modalità \macro{O\_NONBLOCK}.
630 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EIO}, \macro{EISDIR}, \macro{EBADF},
631 \macro{ENOSPC}, \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT} ed eventuali altri errori
632 dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
635 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \var{count} byte a
636 partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
637 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
638 modalità \macro{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti alla fine del file.
639 Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano immediatamente disponibili
640 ad una \func{read} chiamata dopo che la \func{write} che li ha scritti è
641 ritornata; ma dati i meccanismi di caching non è detto che tutti i filesystem
642 supportino questa capacità.
644 Se \var{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro. Per
645 i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello indicato
646 da \var{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo stesso
647 comportamento di \func{read}.
649 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \func{pwrite}
650 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
651 nel file, il suo prototipo è:
652 \begin{prototype}{unistd.h}
653 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
655 Cerca di scrivere sul file \var{fd}, a partire dalla posizione \var{offset},
656 \var{count} byte dal buffer \var{buf}.
658 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
659 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
660 \func{write} e \func{lseek}.}
662 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
665 \section{Caratteristiche avanzate}
666 \label{sec:file_adv_func}
668 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
669 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
670 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
671 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
672 dell'argomento sarà comunque affrontato in \capref{cha:file_advanced}).
675 \subsection{La condivisione dei files}
676 \label{sec:file_sharing}
678 In \secref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
679 dell'interfaccia coi file da parte di un processo, mostrando in
680 \figref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
681 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
682 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
686 \includegraphics[width=13cm]{img/filemultacc}
687 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
689 \label{fig:file_mult_acc}
692 Il primo caso è quello in cui due processi diversi che aprono lo stesso file
693 su disco; sulla base di quanto visto in \secref{sec:file_fd} avremo una
694 situazione come quella illustrata in \figref{fig:file_mult_acc}: ciascun
695 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
696 diverso file descriptor nella sua \var{file\_struct}. Entrambe le voci nella
697 \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso inode su disco.
699 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
700 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
701 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
702 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
703 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
705 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
706 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
707 scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
708 automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size} nell'inode.
709 \item se un file è in modalità \macro{O\_APPEND} tutte le volte che viene
710 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
711 dimensione corrente del file letta dall'inode. Dopo la scrittura il file
712 viene automaticamente esteso.
713 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo \var{f\_pos}
714 nella struttura \var{file} della \textit{file table}, non c'è nessuna
715 operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla fine del file
716 la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente dall'inode.
721 \includegraphics[width=13cm]{img/fileshar}
722 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
723 \label{fig:file_acc_child}
726 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
727 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il
728 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
729 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_fork}). La
730 situazione è illustrata in \figref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
731 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
732 una copia di \var{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
734 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
735 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
736 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
737 \secref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
738 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
739 \var{f\_pos} che è la stesso per entrambi).
741 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
742 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
743 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
744 \var{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono associati
745 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \macro{FD\_CLOEXEC},
746 detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono tenuti invece in
747 \var{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun processo e non vengono
748 modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione della stessa
749 voce della \textit{file table}.
753 \subsection{Operazioni atomiche coi file}
754 \label{sec:file_atomic}
756 Come si è visto in un sistema unix è sempre possibile per più processi
757 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
758 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
759 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
761 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
762 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
763 maniera imprevedibile. Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
764 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
765 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il \textit{file
766 locking}, che esamineremo in \secref{cha:file_advanced}).
768 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
769 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
770 log). Come accennato in \secref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla fine
771 del file e poi scrivere può condurre ad una
772 \textit{race condition}\index{race condition}:
773 infatti può succedere che un secondo processo scriva alla fine
774 del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in questo caso, come abbiamo
775 appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro primo processo avrà ancora la
776 posizione corrente impostata con la \func{lseek} che non corrisponde più alla
777 fine del file, e la successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo
780 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
781 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
782 \macro{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo descritto in
783 precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine
784 del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo
785 avviene all'interno di una singola system call (la \func{write}) che non
786 essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione atomica.
788 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
789 creare un file di lock, bloccandosi se il file esiste. In questo caso la
790 sequenza logica porterebbe a verificare prima l'esistenza del file con una
791 \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat}; di nuovo avremmo la
792 possibilità di una race condition\index{race condition} da parte di un altro
793 processo che crea lo stesso file fra il controllo e la creazione.
795 Per questo motivo sono stati introdotti pe \func{open} i due flag
796 \macro{O\_CREAT} e \macro{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
797 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
798 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
799 di una singola system call.
802 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
803 \label{sec:file_sync}
805 Come accennato in \secref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
806 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
807 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
808 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
810 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
811 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
812 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
813 questo da la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
814 l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno che
815 può ritardare ulteriormente la scrittura effettiva.} La prima di queste
816 funzioni è \func{sync} il cui prototipo è:
817 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
819 Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
821 \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
823 \noindent i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
824 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
825 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
828 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
829 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
830 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
831 valore tradizionale per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma in Linux era
832 di 5 secondi; con le nuove versioni poi, è il kernel che si occupa
833 direttamente di tutto quanto.
835 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
836 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
837 usare le due funzioni \func{fsync} e \func{fdatasync}, i cui prototipi sono:
840 \funcdecl{int fsync(int fd)}
841 Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
842 \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
843 Sincronizza i dati del file \param{fd}.
845 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
846 nel qual caso i codici restituiti in \var{errno} sono:
848 \item[\macro{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
851 ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EROFS} e \macro{EIO}.}
854 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
855 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
856 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadata dell'inode (i dati
857 di \var{fstat} come i tempi del file).
859 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
860 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
861 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
862 il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
863 il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
867 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
870 Abbiamo già visto in \secref{sec:file_sharing} come un processo figlio
871 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
872 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
873 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \func{dup} il cui
875 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
876 Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
878 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
879 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
882 \item[\macro{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
883 \item[\macro{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
888 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
889 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
890 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
891 può fare riferimento a \figref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
892 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura \var{file\_struct},
893 cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento alla stessa voce
894 nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo file descriptor è
895 \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
898 \centering \includegraphics[width=13cm]{img/filedup}
899 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
903 Si noti che per quanto illustrato in\figref{fig:file_dup} i file descriptor
904 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
905 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
906 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
907 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
908 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
909 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
910 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
911 di \func{dup} il flag di \textit{close on exec} viene sempre cancellato nella
914 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
915 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
916 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
917 allo standard output (torneremo sull'argomento in \secref{sec:ipc_pipe_use},
918 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
919 il file che si vuole sostituire, cossicché il suo file descriptor possa esser
920 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
923 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
924 della funzione, \func{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual'è
925 il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
927 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
929 Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
931 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
932 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
934 \item[\macro{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha un
935 valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
936 \item[\macro{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
940 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
941 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
942 sarà prima chiuso e poi duplicato.
944 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
945 funzione di controllo dei file \func{fnctl} (che esamineremo in
946 \secref{sec:file_fcntl}) con il parametro \macro{F\_DUPFD}.
948 L'operazione ha la sintassi \code{fnctl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
949 come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
950 differenza, a parte i codici di errore, è che \func{dup2} chiude il nuovo file
951 se è già aperto mentre \func{fcntl} apre il primo disponibile con un valore
952 superiore, per cui per poterla usare come \func{dup2} occorrerebbe prima
953 effettuare una \func{close}, perdendo l'atomicità dell'operazione.
956 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
957 \label{sec:file_fcntl}
959 Oltre alle operazioni base esaminate in \secref{sec:file_base_func} esistono
960 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
961 descriptor. Per queste operazioni di manipolazione delle varie proprietà di un
962 file descriptor viene usata la funzione \func{fcntl} il cui prototipo è:
966 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
967 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
968 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
969 Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
972 \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
973 dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre -1 ed il
974 codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
975 possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
977 \item[\macro{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
981 Il comportamento di questa funzione è determinato dal valore del comando
982 \param{cmd} che le viene fornito; in \secref{sec:file_dup} abbiamo incontrato
983 un esempio per la duplicazione dei file descriptor, una lista dei possibili
984 valori è riportata di seguito:
985 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
986 \item[\macro{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
987 maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \var{fd}. In caso di
988 successo ritorna il nuovo file descriptor. Gli errori possibili sono
989 \macro{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito o
990 \macro{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
991 descrittori consentito.
992 \item[\macro{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag}
993 al valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è
994 quello di \textit{close on exec}, identificato dalla costante
996 \item[\macro{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
997 \var{fd}, se \macro{FD\_CLOEXEC} è impostato i file descriptor aperti
998 vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti (il comportamento
999 predefinito) restano aperti.
1000 \item[\macro{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag},
1001 permette cioè di rileggere quei bit impostati da \func{open} all'apertura del
1002 file che vengono memorizzati (quelli riportati nella prima e terza sezione
1003 di \tabref{tab:file_open_flags}).
1004 \item[\macro{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1005 specificato da \param{arg}, possono essere impostati solo i bit riportati
1006 nella terza sezione di \tabref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1007 manuale riporta come impostabili solo \macro{O\_APPEND},
1008 \macro{O\_NONBLOCK} e \macro{O\_ASYNC}.}
1009 \item[\macro{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1010 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato
1011 (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1012 \secref{sec:file_posix_lock}).
1013 \item[\macro{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1014 specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1015 qualcun'altro ritorna immediatamente restituendo -1 e imposta \var{errno} a
1016 \macro{EACCES} o \macro{EAGAIN} (questa funzionalità è trattata in dettaglio
1017 in \secref{sec:file_posix_lock}).
1018 \item[\macro{F\_SETLKW}] identica a \macro{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1019 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1020 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce -1 e imposta
1021 \var{errno} a \macro{EINTR} (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1022 \secref{sec:file_posix_lock}).
1023 \item[\macro{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o il process
1024 group che è preposto alla ricezione dei segnali \macro{SIGIO} e
1025 \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file descriptor \var{fd}. Il
1026 process group è restituito come valore negativo.
1027 \item[\macro{F\_SETOWN}] imposta il processo o process group che riceverà i
1028 segnali \macro{SIGIO} e \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file
1029 descriptor \var{fd}. I process group sono impostati usando valori negativi.
1030 \item[\macro{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale mandato quando ci
1031 sono dati disponibili in input su un file descriptor aperto o impostato in
1032 I/O asincrono. Il valore 0 indica il valore predefinito (che è
1033 \macro{SIGIO}), un valore diverso da zero indica il segnale richiesto, (che
1034 può essere lo stesso \macro{SIGIO}).
1035 \item[\macro{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1036 possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono. Il
1037 valore zero indica di usare il segnale predefinito, \macro{SIGIO}. Un altro
1038 valore (compreso lo stesso \macro{SIGIO}) specifica il segnale voluto; l'uso
1039 di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è installato il
1040 manipolatore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1041 \macro{SA\_SIGINFO}, (vedi \secref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1042 disponibili al manipolatore informazioni ulteriori informazioni riguardo il
1043 file che ha generato il segnale attraverso i valori restituiti in
1044 \type{siginfo\_t} (come vedremo in
1045 \secref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi \macro{F\_SETSIG}
1046 e \macro{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di Linux.}
1049 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1050 poter essere affrontate in dettaglio a questo punto; saranno riprese più
1051 avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative (in particolare
1052 riprenderemo le tematiche relative all'I/O asincrono in
1053 \secref{sec:file_asyncronous_io} e quelle relative al \textit{file locking} in
1054 \secref{sec:file_locking}).
1056 Per determinare le modalità di accesso inoltre è necessario estrarre i bit di
1057 accesso (ottenuti con il comando \macro{F\_GETFL}); infatti la definizione
1058 corrente non assegna bit separati a \macro{O\_RDONLY}, \macro{O\_WRONLY} e
1059 \macro{O\_RDWR},\footnote{posti rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} per cui il
1060 valore si ottiene eseguendo un AND binario del valore di ritorno di
1061 \func{fcntl} con la maschera \macro{O\_ACCMODE} anch'essa definita in
1066 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1067 \label{sec:file_ioctl}
1069 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostratato molto
1070 valido anche per l'interazione con i più vari dispositivi, con cui si può
1071 interagire con le stesse funzioni usate per i normali file di dati,
1072 esisteranno sempre caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e della
1073 funzionalità che ciascuno di essi provvede, che non possono venire comprese in
1074 questa interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di
1075 una porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1077 Per questo motivo l'architettura del sistema ha previsto l'esistenza di una
1078 funzione speciale, \func{ioctl}, con cui poter compiere operazioni specifiche
1079 per ogni singolo dispositivo. Il prototipo di questa funzione è:
1080 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1081 Manipola il dispositivo sottostante, usando il parametro \param{request} per
1082 specificare l'operazione richiesta e il terzo parametro (usualmente di tipo
1083 \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1084 dell'informazione necessaria.
1086 \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1087 operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1088 caso di errore viene sempre restituito -1 ed \var{errno} assumerà uno dei
1091 \item[\macro{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un device, o la
1092 richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa riferimento \param{fd}.
1093 \item[\macro{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1096 ed inoltre \macro{EBADF} e \macro{EFAULT}.}
1099 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1100 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1101 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1102 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1103 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1104 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1106 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1107 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1108 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1109 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1110 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1111 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1115 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1116 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1117 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1118 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1119 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1120 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1121 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1122 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso causi al più un errore.
1123 Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per una trattazione
1124 dettagliata dell'argomento.} in alcuni casi, relativi a valori assegnati
1125 prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente si potrebbe
1128 Per questo motivo non è possibile fare altro che darne una descrizione
1129 generica; torneremo ad esaminare in seguito quelle relative ad alcuni casi
1130 specifici (ad esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso
1131 \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo i
1132 valori che sono definiti per ogni file:
1133 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1134 \item[\macro{FIOCLEX}] Imposta il bit di \textit{close on exec}.
1135 \item[\macro{FIONCLEX}] Cancella il bit di \textit{close on exec}.
1136 \item[\macro{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1137 \item[\macro{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1139 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1142 %%% Local Variables:
1144 %%% TeX-master: "gapil"