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11 \chapter{I file: l'interfaccia standard Unix}
12 \label{cha:file_unix_interface}
15 Esamineremo in questo capitolo la prima delle due interfacce di programmazione
16 per i file, quella dei \textit{file descriptor}\index{file!descriptor},
17 nativa di Unix. Questa è l'interfaccia di basso livello provvista direttamente
18 dalle system call, che non prevede funzionalità evolute come la
19 bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura formattata, e sulla quale è
20 costruita anche l'interfaccia definita dallo standard ANSI C che affronteremo
21 al \capref{cha:files_std_interface}.
25 \section{L'architettura di base}
26 \label{sec:file_base_arch}
28 In questa sezione faremo una breve introduzione sull'architettura su cui è
29 basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con
30 differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in
31 tutte le implementazione di un sistema unix-like.
34 \subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
37 \index{file!descriptor|(} Per poter accedere al contenuto di un file occorre
38 creare un canale di comunicazione con il kernel che renda possibile operare su
39 di esso (si ricordi quanto visto in \secref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa
40 aprendo il file con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare
41 l'inode\index{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono
42 disponibili le funzioni che il VFS mette a disposizione (riportate in
43 \tabref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il file
44 dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione impedendo
45 ogni ulteriore operazione.
47 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
48 negativo, chiamato appunto \textit{file descriptor}.
49 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
50 tutte le ulteriori operazioni saranno compiute specificando questo stesso
51 valore come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
53 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come è
54 che il kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Il kernel mantiene
55 sempre un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \textit{process table}
56 ed un elenco dei file aperti nella \textit{file table}.
58 La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
59 processo attivo nel sistema. In Linux ciascuna voce è costituita da una
60 struttura di tipo \var{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
61 informazioni relative al processo; fra queste informazioni c'è anche il
62 puntatore ad una ulteriore struttura di tipo \var{files\_struct}, in cui sono
63 contenute le informazioni relative ai file che il processo ha aperto, ed in
66 \item i flag relativi ai file descriptor.
67 \item il numero di file aperti.
68 \item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
69 \textit{file table} per ogni file aperto.
71 il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
74 La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
75 che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da strutture di tipo
76 \var{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie informazioni relative al
79 \item lo stato del file (nel campo \var{f\_flags}).
80 \item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file (nel
82 \item un puntatore all'inode\index{inode}\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
83 realtà passati ad un puntatore ad una struttura \var{dentry} che punta a
84 sua volta all'inode\index{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
86 %\item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
87 % \var{f\_op} descritta in \secref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
91 In \figref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata
92 questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le
93 varie strutture di dati sulla quale essa è basata.
96 \includegraphics[width=13cm]{img/procfile}
97 \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
98 l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
99 \label{fig:file_proc_file}
101 Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per
102 capire i dettagli del funzionamento dell'interfaccia dei \textit{file
104 \index{file!descriptor|)}
109 \subsection{I file standard}
110 \label{sec:file_std_descr}
112 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
113 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
114 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non ne è
115 stato chiuso nessuno in precedenza).
117 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
118 processo viene lanciato con almeno tre file aperti. Questi, per quanto appena
119 detto, avranno come \textit{file descriptor}\index{file!descriptor} i valori
120 0, 1 e 2. Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla
121 gran parte delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a gravi
122 problemi di interoperabilità.
124 Il primo file è sempre associato a quello che viene chiamato \textit{standard
125 input}. È cioè il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in
126 ingresso (nel caso della shell, è associato all'ingresso dal terminale, e
127 quindi alla lettura della tastiera). Il secondo file è il cosiddetto
128 \textit{standard output}, cioè il file su cui ci si aspetta debbano essere
129 inviati i dati in uscita (sempre nel caso della shell, è associato all'uscita
130 del terminale, e quindi alla scrittura sullo schermo). Il terzo è lo
131 \textit{standard error}, su cui viene inviato l'output relativo agli errori,
132 ed è anch'esso associato all'uscita del termininale. Lo standard POSIX.1
133 provvede tre costanti simboliche, definite nell'header \file{unistd.h}, al
134 posto di questi valori numerici:
138 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
140 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
143 \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
145 \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
147 \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
151 \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti
152 alla creazione di ogni processo.}
153 \label{tab:file_std_files}
156 In \figref{tab:file_std_files} si è utilizzata questa situazione come esempio,
157 facendo riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è
158 associato ad un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard
159 error} sono entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo
160 stesso inode\index{inode}).
162 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
163 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
164 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
165 descriptor dentro \var{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel più
166 recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una lista, ma
167 restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi \secref{sec:sys_limits}).
171 \section{Le funzioni base}
172 \label{sec:file_base_func}
174 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
175 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
176 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
179 La gran parte delle operazioni sui file si effettua attraverso queste cinque
180 funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O non bufferizzato dato
181 che effettuano le operazioni di lettura e scrittura usando direttamente le
182 system call del kernel.
185 \subsection{La funzione \func{open}}
186 \label{sec:file_open}
188 La funzione \func{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
189 quella che crea l'associazione fra un pathname ed un file descriptor, il suo
192 \headdecl{sys/types.h}
193 \headdecl{sys/stat.h}
195 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
196 \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
197 Apre il file indicato da \var{pathname} nella modalità indicata da
198 \var{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
199 specificati da \var{mode}.
201 \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e -1 in
202 caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno dei
205 \item[\errcode{EEXIST}] \var{pathname} esiste e si è specificato
206 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
207 \item[\errcode{EISDIR}] \var{pathname} indica una directory e si è tentato
208 l'accesso in scrittura.
209 \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
210 \var{pathname} non è una directory.
211 \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o
212 \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
213 processo o \var{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
215 \item[\errcode{ENODEV}] \var{pathname} si riferisce a un file di dispositivo
217 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
218 di un programma in esecuzione.
219 \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel risolvere
220 pathname o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e \var{pathname} è un link
223 ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
224 \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM},
225 \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.}
228 La funzione apre il file, usando il primo file descriptor libero, e crea
229 l'opportuna voce (cioè la struttura \var{file}) nella file table. Viene usato
230 sempre il file descriptor con il valore più basso.
235 \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
237 \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
239 \hline % modalità di accesso al file
240 \const{O\_RDONLY} & apre il file in sola lettura. \\
241 \const{O\_WRONLY} & apre il file in sola scrittura. \\
242 \const{O\_RDWR} & apre il file in lettura/scrittura. \\
243 \hline % modalità di apertura del file
245 \const{O\_CREAT} & se il file non esiste verrà creato, con le regole di
246 titolarità del file viste in \secref{sec:file_ownership}. Il parametro
247 \var{mode} deve essere specificato. \\
248 \const{O\_EXCL} & usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che
249 l'esistenza del file diventi un errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
250 \func{open} con \errcode{EEXIST}. \\
251 \const{O\_NONBLOCK} & apre il file in modalità non bloccante. Questo
252 valore specifica anche una modalità di operazione (vedi sotto), e
253 comporta che \func{open} ritorni immediatamente (l'opzione ha senso
254 solo per le fifo, torneremo questo in \secref{sec:ipc_named_pipe}). \\
255 \const{O\_NOCTTY} & se \var{pathname} si riferisce ad un device di
256 terminale, questo non diventerà il terminale di controllo, anche se il
257 processo non ne ha ancora uno (si veda \secref{sec:sess_ctrl_term}). \\
258 \const{O\_SHLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno shared lock (vedi
259 \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
260 \const{O\_EXLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno lock esclusivo (vedi
261 \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
262 \const{O\_TRUNC} & se il file esiste ed è un file di dati e la modalità di
263 apertura consente la scrittura, allora la sua lunghezza verrà troncata a
264 zero. Se il file è un terminale o una fifo il flag verrà ignorato, negli
265 altri casi il comportamento non è specificato. \\
266 \const{O\_NOFOLLOW} & se \var{pathname} è un link simbolico la chiamata
267 fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux dal kernel 2.1.126.
268 Nelle versioni precedenti i link simbolici sono sempre seguiti, e questa
269 opzione è ignorata. \\
270 \const{O\_DIRECTORY} & se \var{pathname} non è una directory la chiamata
271 fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato introdotto con il
272 kernel 2.1.126 per evitare dei
273 \textit{DoS}\index{DoS}\protect\footnotemark\ quando
274 \func{opendir} viene chiamata su una
275 fifo o su un device di unità a nastri, non deve essere utilizzato al di
276 fuori dell'implementazione di \func{opendir}. \\
277 \const{O\_LARGEFILE} & nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
278 grandi dimensioni consente di aprire file le cui dimensioni non possono
279 essere rappresentate da numeri a 31 bit. \\
281 \hline % modalità di operazione col file
282 \const{O\_APPEND} & il file viene aperto in append mode. Prima di ciascuna
283 scrittura la posizione corrente viene sempre impostata alla fine del
284 file. Può causare corruzione del file con NFS se più di un processo scrive
285 allo stesso tempo.\footnotemark\\
286 \const{O\_NONBLOCK} & il file viene aperto in modalità non bloccante per
287 le operazioni di I/O (che tratteremo in \secref{sec:file_noblocking}):
288 questo significa il fallimento di \func{read} in assenza di dati da
289 leggere e quello di \func{write} in caso di impossibilità di scrivere
290 immediatamente. Questa modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni
291 file di dispositivo. \\
292 \const{O\_NDELAY} & in Linux\footnotemark\ è sinonimo di
293 \const{O\_NONBLOCK}.\\
294 \const{O\_ASYNC} & apre il file per l'I/O in modalità
295 asincrona (vedi \secref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è impostato viene
296 generato il segnale \const{SIGIO} tutte le volte che sono disponibili
297 dati in input sul file. \\
298 \const{O\_SYNC} & apre il file per l'input/output sincrono, ogni
299 \func{write} bloccherà fino al completamento della scrittura di tutti dati
300 sul sull'hardware sottostante.\\
301 \const{O\_FSYNC} & sinonimo di \const{O\_SYNC}. \\
302 \const{O\_NOATIME} & blocca l'aggiornamento dei tempi dei di accesso dei
303 file (vedi \secref{sec:file_file_times}). In Linux questa opzione non è
304 disponibile per il singolo file ma come opzione per il filesystem in fase
308 \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
309 \label{tab:file_open_flags}
312 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
313 opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
314 \textsl{file di lock}\index{file!di lock} possono incorrere in una race
315 condition\index{race condition}. Si consiglia come alternativa di usare un
316 file con un nome univoco e la funzione \func{link} per verificarne
317 l'esistenza (vedi \secref{sec:ipc_file_lock}).}
319 \footnotetext[3]{\textit{Denial of Service}, si chiamano così attacchi miranti
320 ad impedire un servizio causando una qualche forma di carico eccessivo per
321 il sistema, che resta bloccato nelle risposte all'attacco.}
323 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in append, ed
324 il kernel deve simularla, ma questo comporta la possibilità di una race
325 condition, vedi \secref{sec:file_atomic}.}
327 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
328 una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
329 un'ambiguità, dato che come vedremo in \secref{sec:file_read} il ritorno di
330 zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
332 Questa caratteristica permette di prevedere qual'è il valore del file
333 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
334 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
335 visti in \secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
336 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
337 input (avrà cioè il file descriptor 0).
339 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo (torneremo
340 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
341 \secref{sec:file_sharing}). Il nuovo file descriptor è impostato per restare
342 aperto attraverso una \func{exec} (come accennato in \secref{sec:proc_exec}) e
343 l'offset è impostato all'inizio del file.
345 L'argomento \param{mode} specifica i permessi con cui il file viene
346 eventualmente creato; i valori possibili sono gli stessi già visti in
347 \secref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
348 delle costanti descritte in \tabref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono
349 filtrati dal valore di \var{umask} (vedi \secref{sec:file_umask}) per il
352 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
353 dell'argomento \param{flags}. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
354 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
355 campo \var{f\_flags} della struttura \var{file} (al solito si veda lo schema
356 di \figref{fig:file_proc_file}). Essi sono divisi in tre categorie
359 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
360 si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
361 lettura/scrittura. Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
362 si apre un file. Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
363 essere riletti con una \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status
364 flag}), ma non possono essere modificati.
365 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
366 alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
367 eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
368 sono memorizzati né possono essere riletti.
369 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
370 alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
371 (come la \func{read} o la \func{write}). Anch'essi fanno parte del
372 \textit{file status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di
373 \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle
374 caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}.
377 In \tabref{tab:file_open_flags} si sono riportate, ordinate e divise fra loro
378 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
379 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra di loro
380 con un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
381 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open} per specificarne il
382 comportamento. I due flag \const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono
383 estensioni specifiche di Linux, e deve essere definita la macro
384 \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli usare.
386 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
387 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per
388 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
389 \func{creat}, il cui prototipo è:
390 \begin{prototype}{fcntl.h}
391 {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
392 Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \var{mode}. È del
393 tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
395 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
399 \subsection{La funzione \func{close}}
400 \label{sec:file_close}
402 La funzione \func{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
403 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
404 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
405 Chiude il descrittore \var{fd}.
407 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
408 ed in questo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
410 \item[\errcode{EBADF}] \var{fd} non è un descrittore valido.
411 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
413 ed inoltre \errval{EIO}.}
416 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file
417 locking}\index{file!locking} è trattato in \secref{sec:file_locking}) che il
418 processo poteva avere acquisito su di esso; se \var{fd} è l'ultimo riferimento
419 (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella file table
420 vengono rilasciate. Infine se il file descriptor era l'ultimo riferimento ad
421 un file su disco quest'ultimo viene cancellato.
423 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
424 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
425 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
426 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
427 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
428 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
429 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
430 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
431 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
432 e le quote su disco.}
434 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
435 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
436 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
437 \func{sync} (vedi \secref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
438 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
439 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
440 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
441 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
444 \subsection{La funzione \func{lseek}}
445 \label{sec:file_lseek}
447 Come già accennato in \secref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
448 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
449 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \var{file}) espressa da un numero intero
450 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
451 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
452 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
454 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \const{O\_APPEND}) questa
455 posizione viene impostata a zero all'apertura del file. È possibile impostarla
456 ad un valore qualsiasi con la funzione \func{lseek}, il cui prototipo è:
458 \headdecl{sys/types.h}
460 \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
461 Imposta la posizione attuale nel file.
463 \bodydesc{La funzione ritorna valore della posizione corrente in caso di
464 successo e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
467 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket\index{socket} o una
469 \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
471 ed inoltre \errval{EBADF}.}
474 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
475 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
476 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
477 questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
478 \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}:
479 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
480 \item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore
481 (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione
483 \item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
484 ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
485 per ottenere la nuova posizione corrente.
486 \item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
487 del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
488 per ottenere la nuova posizione corrente.
491 Come accennato in \secref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
492 impostare la posizione corrente anche oltre la fine del file, e alla
493 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessuna
494 attività di input/output, si limita a modificare la posizione corrente nel
495 kernel (cioè \var{f\_pos} in \var{file}, vedi \figref{fig:file_proc_file}).
497 Dato che la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per
498 \param{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la
499 funzione con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
501 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
502 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
503 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
504 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
505 (questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}
506 \index{race condition}, vedi \secref{sec:file_atomic}).
508 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
509 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{EPIPE}. Questo, oltre che per
510 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
511 supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
512 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
513 ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
514 POSIX però non specifica niente in proposito. Infine alcuni file speciali, ad
515 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
519 \subsection{La funzione \func{read}}
520 \label{sec:file_read}
523 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) su possono
524 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \func{read}, il cui
526 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
528 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd} al buffer \var{buf}.
530 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
531 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
533 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
534 aver potuto leggere qualsiasi dato.
535 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
536 era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
538 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
539 \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
540 natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
543 La funzione tenta di leggere \var{count} byte a partire dalla posizione
544 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
545 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \var{count} è zero la
546 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.
548 Si deve sempre tener presente che non è detto che la funzione \func{read}
549 restituisca sempre il numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni
550 per cui la funzione può restituire un numero di byte inferiore; questo è un
551 comportamento normale, e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
553 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
554 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
555 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
558 Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione di lettura,
559 otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La condizione di
560 raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene segnalata appunto
561 da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere ulteriormente la
562 lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di continuare a ricevere zero
563 come valore di ritorno.
565 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
566 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
567 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
568 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
569 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
570 \secref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
571 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
572 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
574 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un
575 socket\index{socket}, come vedremo in \secref{sec:sock_io_behav}), o per la
576 lettura da certi file di dispositivo, come le unità a nastro, che
577 restituiscono sempre i dati ad un singolo blocco alla volta.
579 In realtà anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} e
580 \errcode{EAGAIN} non sono errori. La prima si verifica quando la \func{read} è
581 bloccata in attesa di dati in ingresso e viene interrotta da un segnale; in
582 tal caso l'azione da intraprendere è quella di rieseguire la funzione.
583 Torneremo in dettaglio sull'argomento in \secref{sec:sig_gen_beha}.
585 La seconda si verifica quando il file è in modalità non bloccante (vedi
586 \secref{sec:file_noblocking}) e non ci sono dati in ingresso: la funzione
587 allora ritorna immediatamente con un errore \errcode{EAGAIN}\footnote{sotto
588 BSD per questo errore viene usata la costante \errcode{EWOULDBLOCK}, in
589 Linux, con le glibc, questa è sinonima di \errcode{EAGAIN}.} che indica
590 soltanto che occorrerà provare a ripetere la lettura.
592 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
593 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
594 Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
595 state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
596 l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
597 aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
598 delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
599 normalmente Unix98, vedi \secref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
600 definizione di un'altra funzione di lettura, \func{pread}, il cui prototipo è:
601 \begin{prototype}{unistd.h}
602 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
604 Cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd}, a partire dalla posizione
605 \var{offset}, nel buffer \var{buf}.
607 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
608 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
609 \func{read} e \func{lseek}.}
611 \noindent che però diventa accessibile solo con la definizione della macro:
613 #define _XOPEN_SOURCE 500
616 Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
617 modificare la posizione corrente. È equivalente all'esecuzione di una
618 \func{read} seguita da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la
619 posizione corrente sul file, ma permette di eseguire l'operazione
620 atomicamente. Questo può essere importante quando la posizione sul file viene
621 condivisa da processi diversi (vedi \secref{sec:file_sharing}). Il valore di
622 \var{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
625 \subsection{La funzione \func{write}}
626 \label{sec:file_write}
628 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) su può
629 scrivere su di esso utilizzando la funzione \func{write}, il cui prototipo è:
630 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
632 Scrive \var{count} byte dal buffer \var{buf} sul file \var{fd}.
634 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
635 e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
637 \item[\errcode{EINVAL}] \var{fd} è connesso ad un oggetto che non consente la
639 \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
640 consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
641 processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
642 \item[\errcode{EPIPE}] \var{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
643 chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
644 \const{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
645 funzione ritorna questo errore.
646 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
647 aver potuto scrivere qualsiasi dato.
648 \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
649 era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
651 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
652 \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori
653 dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.}
656 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \var{count} byte a
657 partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
658 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
659 modalità \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti alla fine del file.
660 Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano immediatamente disponibili
661 ad una \func{read} chiamata dopo che la \func{write} che li ha scritti è
662 ritornata; ma dati i meccanismi di caching non è detto che tutti i filesystem
663 supportino questa capacità.
665 Se \var{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro. Per
666 i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello indicato
667 da \var{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo stesso
668 comportamento di \func{read}.
670 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \func{pwrite}
671 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
672 nel file, il suo prototipo è:
673 \begin{prototype}{unistd.h}
674 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
676 Cerca di scrivere sul file \var{fd}, a partire dalla posizione \var{offset},
677 \var{count} byte dal buffer \var{buf}.
679 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1
680 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già visti per
681 \func{write} e \func{lseek}.}
683 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
686 \section{Caratteristiche avanzate}
687 \label{sec:file_adv_func}
689 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
690 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
691 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
692 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
693 dell'argomento sarà comunque affrontato in \capref{cha:file_advanced}).
696 \subsection{La condivisione dei files}
697 \label{sec:file_sharing}
699 In \secref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
700 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
701 \figref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
702 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
703 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
707 \includegraphics[width=15cm]{img/filemultacc}
708 \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
710 \label{fig:file_mult_acc}
713 Il primo caso è quello in cui due processi diversi che aprono lo stesso file
714 su disco; sulla base di quanto visto in \secref{sec:file_fd} avremo una
715 situazione come quella illustrata in \figref{fig:file_mult_acc}: ciascun
716 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
717 diverso file descriptor nella sua \var{file\_struct}. Entrambe le voci nella
718 \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso inode\index{inode} su
721 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
722 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
723 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
724 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
725 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
727 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
728 \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
729 scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
730 automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
731 nell'inode\index{inode}.
732 \item se un file è in modalità \const{O\_APPEND} tutte le volte che viene
733 effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima impostata alla
734 dimensione corrente del file letta dall'inode\index{inode}. Dopo la
735 scrittura il file viene automaticamente esteso.
736 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
737 \var{f\_pos} nella struttura \var{file} della \textit{file table}, non c'è
738 nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla fine
739 del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
740 dall'inode\index{inode}.
745 \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar}
746 \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
747 \label{fig:file_acc_child}
750 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
751 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il
752 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
753 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_fork}). La
754 situazione è illustrata in \figref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
755 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
756 una copia di \var{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
758 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
759 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
760 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
761 \secref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
762 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
763 \var{f\_pos} che è lo stesso per entrambi).
765 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
766 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
767 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
768 \var{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono associati
769 anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è \const{FD\_CLOEXEC},
770 detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono tenuti invece in
771 \var{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun processo e non vengono
772 modificati dalle azioni degli altri anche in caso di condivisione della stessa
773 voce della \textit{file table}.
777 \subsection{Operazioni atomiche con i file}
778 \label{sec:file_atomic}
780 Come si è visto in un sistema unix-like è sempre possibile per più processi
781 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
782 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
783 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
785 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
786 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
787 maniera imprevedibile. Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
788 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
789 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il \textit{file
790 locking}\index{file!locking}, che esamineremo in \secref{sec:file_locking}).
792 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
793 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
794 log). Come accennato in \secref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
795 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race
796 condition}\index{race condition}: infatti può succedere che un secondo
797 processo scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in
798 questo caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro
799 primo processo avrà ancora la posizione corrente impostata con la \func{lseek}
800 che non corrisponde più alla fine del file, e la successiva \func{write}
801 sovrascriverà i dati del secondo processo.
803 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
804 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
805 \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo descritto in
806 precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione alla fine
807 del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo
808 avviene all'interno di una singola system call (la \func{write}) che non
809 essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione atomica.
811 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
812 creare un \textsl{file di lock}\index{file!di lock}, bloccandosi se il file
813 esiste. In questo caso la sequenza logica porterebbe a verificare prima
814 l'esistenza del file con una \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat};
815 di nuovo avremmo la possibilità di una race condition\index{race condition} da
816 parte di un altro processo che crea lo stesso file fra il controllo e la
819 Per questo motivo sono stati introdotti per \func{open} i due flag
820 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
821 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
822 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
823 di una singola system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica
824 si veda \secref{sec:ipc_file_lock}).
827 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
828 \label{sec:file_sync}
830 Come accennato in \secref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
831 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
832 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
833 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
835 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
836 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
837 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
838 questo dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
839 l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di
840 ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la
841 scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \func{sync} il cui
843 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
845 Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
847 \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
849 \noindent i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
850 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
851 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
854 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
855 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
856 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
857 valore tradizionale, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma
858 in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a
859 partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di
860 tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento
861 può essere controllato attraverso il file \file{/proc/sys/vm/bdflush} (per il
862 significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel in
863 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}).
865 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
866 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
867 usare le due funzioni \func{fsync} e \func{fdatasync}, i cui prototipi sono:
870 \funcdecl{int fsync(int fd)}
871 Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
872 \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
873 Sincronizza i dati del file \param{fd}.
875 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore,
876 nel qual caso \var{errno} assume i valori:
878 \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
881 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
884 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
885 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
886 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadati del file (che
887 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
888 altri dati contenuti nell'inode\index{inode} che si leggono con \var{fstat}
889 come i tempi del file).
891 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
892 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
893 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
894 il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
895 il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
899 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
902 Abbiamo già visto in \secref{sec:file_sharing} come un processo figlio
903 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
904 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
905 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \func{dup} il cui
907 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
908 Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
910 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
911 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
914 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
915 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
920 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
921 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
922 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
923 può fare riferimento a \figref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
924 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura \var{file\_struct},
925 cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento alla stessa voce
926 nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo file descriptor è
927 \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
930 \centering \includegraphics[width=15cm]{img/filedup}
931 \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
935 Si noti che per quanto illustrato in\figref{fig:file_dup} i file descriptor
936 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
937 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
938 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
939 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
940 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
941 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
942 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
943 di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec}\index{close-on-exec} (vedi
944 \secref{sec:proc_exec} e \secref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato
947 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
948 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
949 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
950 allo standard output (torneremo sull'argomento in \secref{sec:ipc_pipe_use},
951 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
952 il file che si vuole sostituire, cossicché il suo file descriptor possa esser
953 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
956 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
957 della funzione, \func{dup2}, che permette di specificare esplicitamente qual'è
958 il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
960 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
962 Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
964 \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
965 -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
967 \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
968 un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
969 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
973 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
974 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
975 sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso
976 allo stesso valore per il file descriptor).
978 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
979 funzione di controllo dei file \func{fnctl} (che esamineremo in
980 \secref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}. L'operazione ha
981 la sintassi \code{fnctl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
982 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.
984 La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sistassi ed i
985 diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor
986 \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia
987 effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo
988 file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se
989 \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor).
992 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
993 \label{sec:file_fcntl}
995 Oltre alle operazioni base esaminate in \secref{sec:file_base_func} esistono
996 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
997 descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la
998 gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
999 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1000 gesticono con questa funzione l'I/O asincrono (vedi
1001 \secref{sec:file_asyncronous_io}) e il file locking\index{file!locking}
1002 (vedi \secref{sec:file_locking}).}
1004 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo su proprietà e
1005 caratteristiche un file descriptor, viene usata la funzione \func{fcntl}, il
1010 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1011 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1012 \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1013 Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
1014 sul file \param{fd}.
1016 \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
1017 dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre -1 ed il
1018 codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
1019 possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
1021 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1025 Il comportamento di questa funzione è determinato dal valore del comando
1026 \param{cmd} che le viene fornito; in \secref{sec:file_dup} abbiamo incontrato
1027 un esempio per la duplicazione dei file descriptor, una lista dei possibili
1028 valori è riportata di seguito:
1029 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1030 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1031 maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \var{fd}. In caso di
1032 successo ritorna il nuovo file descriptor. Gli errori possibili sono
1033 \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito
1034 o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
1035 descrittori consentito.
1036 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1037 valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1038 \textit{close-on-exec}\index{close-on-exec}, identificato dalla costante
1039 \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1040 esecuzione di una \func{exec} (vedi \secref{sec:proc_exec}).
1041 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1042 \var{fd}, se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i file descriptor aperti
1043 vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti (il comportamento
1044 predefinito) restano aperti.
1045 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag},
1046 permette cioè di rileggere quei bit impostati da \func{open} all'apertura del
1047 file che vengono memorizzati (quelli riportati nella prima e terza sezione
1048 di \tabref{tab:file_open_flags}).
1049 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1050 specificato da \param{arg}, possono essere impostati solo i bit riportati
1051 nella terza sezione di \tabref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1052 manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND},
1053 \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.}
1054 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1055 \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato
1056 (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1057 \secref{sec:file_posix_lock}).
1058 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1059 specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1060 qualcun'altro ritorna immediatamente restituendo -1 e imposta \var{errno} a
1061 \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN} (questa funzionalità è trattata in
1062 dettaglio in \secref{sec:file_posix_lock}).
1063 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1064 la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1065 l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce -1 e imposta
1066 \var{errno} a \errcode{EINTR} (questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1067 \secref{sec:file_posix_lock}).
1068 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o
1069 l'identificatore del process group\footnote{i \texttt{process group} sono
1070 (vedi \secref{sec:sess_proc_group}) sono raggruppamenti di processi usati
1071 nel controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un
1072 identificatore (un numero positivo analogo al \acr{pid}).} che è preposto
1073 alla ricezione dei segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi
1074 associati al file descriptor \var{fd}. Nel caso di un process group viene
1075 restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1076 all'identificatore del process group.
1077 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1078 l'identificatore del processo o del \textit{process group} che riceverà i
1079 segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi associati al file
1080 descriptor \var{fd}. Come per \const{F\_GETOWN}, per impostare un process
1081 group si deve usare per \param{arg} un valore negativo, il cui valore
1082 assoluto corrisponde all'identificatore del process group.
1083 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1084 sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1085 per l'I/O asincrono (si veda \secref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1086 indica il valore predefinito (che è \const{SIGIO}), un valore diverso da
1087 zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1089 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1090 possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono. Il
1091 valore zero indica di usare il segnale predefinito, \const{SIGIO}. Un altro
1092 valore (compreso lo stesso \const{SIGIO}) specifica il segnale voluto; l'uso
1093 di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è installato il
1094 manipolatore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1095 \const{SA\_SIGINFO}, (vedi \secref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1096 disponibili al manipolatore informazioni ulteriori informazioni riguardo il
1097 file che ha generato il segnale attraverso i valori restituiti in
1098 \type{siginfo\_t} (come vedremo in
1099 \secref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi \const{F\_SETSIG}
1100 e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di Linux.}
1103 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1104 poter essere affrontate in dettaglio a questo punto; saranno riprese più
1105 avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative (in particolare
1106 le tematiche relative all'I/O asincrono sono trattate in maniera esaustiva in
1107 \secref{sec:file_asyncronous_io} mentre quelle relative al \textit{file
1108 locking}\index{file!locking} saranno esaminate in
1109 \secref{sec:file_locking}).
1111 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1112 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1113 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corripondenti nel
1114 \textit{file status flag} che si è ottenuto. Infatti la definizione corrente
1115 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1116 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1117 queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1118 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1119 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1120 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \file{fcntl.h}), che estrae i bit di
1121 accesso dal \textit{file status flag}.
1125 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1126 \label{sec:file_ioctl}
1128 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostratato molto
1129 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1130 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1131 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1132 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1133 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1134 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1135 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1137 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1138 di una funzione apposita, \func{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1139 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1140 file descriptor. Il prototipo di questa funzione è:
1141 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1142 Manipola il dispositivo sottostante, usando il parametro \param{request} per
1143 specificare l'operazione richiesta ed il terzo parametro (usualmente di tipo
1144 \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1145 dell'informazione necessaria.
1147 \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1148 operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1149 caso di errore viene sempre restituito -1 ed \var{errno} assumerà uno dei
1152 \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un device, o
1153 la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa riferimento
1155 \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1158 ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.}
1161 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1162 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1163 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1164 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1165 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1166 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1168 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1169 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1170 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1171 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1172 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1173 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1177 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1178 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1179 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1180 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1181 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1182 un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1183 definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1184 sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
1185 causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
1186 una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
1187 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
1188 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
1189 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
1190 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
1191 imprevedibili o indesiderati.
1193 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
1194 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
1195 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in seguito quelle
1196 relative ad alcuni casi specifici (ad esempio la gestione dei terminali è
1197 effettuata attraverso \func{ioctl} in quasi tutte le implementazioni di Unix),
1198 qui riportiamo solo i valori di alcuni comandi che sono definiti per ogni
1200 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1201 \item[\const{FIOCLEX}] Imposta il bit di \textit{close on exec}.
1202 \item[\const{FIONCLEX}] Cancella il bit di \textit{close on exec}.
1203 \item[\const{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1204 \item[\const{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1206 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1209 %%% Local Variables:
1211 %%% TeX-master: "gapil"