fileunix.tex

   1 %% fileunix.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2006 Simone Piccardi.  Permission is granted to
   4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
   5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
   6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
   7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
   8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
   9 %% License".
  10 %%
  11 \chapter{I file: l'interfaccia standard Unix}
  12 \label{cha:file_unix_interface}
  13
  14
  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 cap.~\ref{cha:files_std_interface}.
  22
  23
  24
  25 \section{L'architettura di base}
  26 \label{sec:file_base_arch}
  27
  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.
  32
  33
  34 \subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
  35 \label{sec:file_fd}
  36
  37 \index{file!descriptor|(}
  38
  39 Per poter accedere al contenuto di un file occorre
  40 creare un canale di comunicazione con il kernel che renda possibile operare su
  41 di esso (si ricordi quanto visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Questo si
  42 fa aprendo il file con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare
  43 l'inode\index{inode} del file e inizializzare i puntatori che rendono
  44 disponibili le funzioni che il VFS mette a disposizione (riportate in
  45 tab.~\ref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il
  46 file dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione
  47 impedendo ogni ulteriore operazione.
  48
  49 All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
  50 negativo, chiamato appunto \textit{file descriptor}.
  51 Quando un file viene aperto la funzione \func{open} restituisce questo numero,
  52 tutte le ulteriori operazioni saranno compiute specificando questo stesso
  53 valore come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia.
  54
  55 Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il
  56 kernel gestisce l'interazione fra processi e file.  Il kernel mantiene sempre
  57 un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \itindex{process~table}
  58 \textit{process table} ed un elenco dei file aperti nella
  59 \itindex{file~table} \textit{file table}.
  60
  61 La \itindex{process~table} \textit{process table} è una tabella che contiene
  62 una voce per ciascun processo attivo nel sistema. In Linux ciascuna voce è
  63 costituita da una struttura di tipo \struct{task\_struct} nella quale sono
  64 raccolte tutte le informazioni relative al processo; fra queste informazioni
  65 c'è anche il puntatore ad una ulteriore struttura di tipo
  66 \struct{files\_struct}, in cui sono contenute le informazioni relative ai file
  67 che il processo ha aperto, ed in particolare:
  68 \begin{itemize*}
  69 \item i flag relativi ai file descriptor.
  70 \item il numero di file aperti.
  71 \item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
  72   \itindex{file~table} \textit{file table} per ogni file aperto.
  73 \end{itemize*}
  74 il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
  75 quest'ultima tabella.
  76
  77 La \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una
  78 voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da
  79 strutture di tipo \struct{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie
  80 informazioni relative al file, fra cui:
  81 \begin{itemize*}
  82 \item lo stato del file (nel campo \var{f\_flags}).
  83 \item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file (nel
  84   campo \var{f\_pos}).
  85 \item un puntatore \index{inode} all'inode\footnote{nel kernel 2.4.x si è in
  86     realtà passati ad un puntatore ad una struttura \struct{dentry} che punta a
  87     sua volta all'inode\index{inode} passando per la nuova struttura del VFS.}
  88   del file.
  89 %\item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
  90 %    \var{f\_op} descritta in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
  91 %  sul file.
  92 \end{itemize*}
  93
  94 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata
  95 questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le
  96 varie strutture di dati sulla quale essa è basata.
  97 Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per
  98 capire i dettagli del funzionamento dell'interfaccia dei \textit{file
  99   descriptor}.
 100 \index{file!descriptor|)}
 101
 102 \begin{figure}[htb]
 103   \centering
 104   \includegraphics[width=13cm]{img/procfile}
 105   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
 106   l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
 107   \label{fig:file_proc_file}
 108 \end{figure}
 109
 110
 111
 112 \subsection{I file standard}
 113 \label{sec:file_std_descr}
 114
 115 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
 116 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
 117 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non ne è
 118 stato chiuso nessuno in precedenza).
 119
 120 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
 121 processo viene lanciato dalla shell con almeno tre file aperti. Questi, per
 122 quanto appena detto, avranno come \index{file!descriptor} \textit{file
 123   descriptor} i valori 0, 1 e 2.  Benché questa sia soltanto una convenzione,
 124 essa è seguita dalla gran parte delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe
 125 portare a gravi problemi di interoperabilità.
 126
 127 Il primo file è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}; è cioè
 128 il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in ingresso. Il
 129 secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci
 130 si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita. Il terzo è lo
 131 \textit{standard error}, su cui viene inviata l'uscita relativa agli errori.
 132 Nel caso della shell tutti questi file sono associati al terminale di
 133 controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per l'ingresso e
 134 alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1 provvede, al
 135 posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
 136 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
 137
 138 \begin{table}[htb]
 139   \centering
 140   \footnotesize
 141   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
 142     \hline
 143     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
 144     \hline
 145     \hline
 146     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 147       input} \\
 148     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 149       output} \\
 150     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 151       error}\\
 152     \hline
 153   \end{tabular}
 154   \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti
 155     alla creazione di ogni processo.}
 156   \label{tab:file_std_files}
 157 \end{table}
 158
 159 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa,
 160 facendo riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è
 161 associato ad un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard
 162   error} sono entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo
 163 stesso inode\index{inode}).
 164
 165 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
 166 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
 167 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
 168 descriptor dentro \struct{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel
 169 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
 170 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
 171 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
 172
 173
 174
 175 \section{Le funzioni base}
 176 \label{sec:file_base_func}
 177
 178 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
 179 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
 180 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
 181 chiudere un file.  La gran parte delle operazioni sui file si effettua
 182 attraverso queste cinque funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O
 183 non bufferizzato dato che effettuano le operazioni di lettura e scrittura
 184 usando direttamente le system call del kernel.
 185
 186
 187 \subsection{La funzione \func{open}}
 188 \label{sec:file_open}
 189
 190 La funzione \funcd{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
 191 quella che crea l'associazione fra un \itindex{pathname}\textit{pathname} ed
 192 un file descriptor, il suo prototipo è:
 193 \begin{functions}
 194   \headdecl{sys/types.h}
 195   \headdecl{sys/stat.h}
 196   \headdecl{fcntl.h}
 197   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
 198   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
 199   Apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata da
 200   \param{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
 201   specificati da \param{mode}.
 202
 203   \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$
 204     in caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno
 205     dei valori:
 206   \begin{errlist}
 207   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
 208     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
 209   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
 210     l'accesso in scrittura.
 211   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
 212     \param{pathname} non è una directory.
 213   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o
 214     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
 215     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
 216     assente.
 217   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
 218     dispositivo che non esiste.
 219   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
 220     di un programma in esecuzione.
 221   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel
 222     risolvere il \textit{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
 223     \param{pathname} è un link simbolico.
 224   \end{errlist}
 225   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
 226   \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM},
 227   \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.}
 228 \end{functions}
 229
 230
 231 La funzione apre il file usando il primo file descriptor libero, e crea
 232 l'opportuna voce, cioè la struttura \struct{file}, nella \itindex{file~table}
 233 \textit{file table} del processo.  Viene sempre restituito come valore di
 234 ritorno il file descriptor con il valore più basso disponibile.
 235
 236 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
 237   opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
 238   \textsl{file di lock}\index{file!di lock} possono incorrere in una
 239   \textit{race condition}\itindex{race~condition}.  Si consiglia come
 240   alternativa di usare un file con un nome univoco e la funzione \func{link}
 241   per verificarne l'esistenza (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
 242
 243 \footnotetext[3]{acronimo di \textit{Denial of
 244     Service}\itindex{Denial~of~Service~(DoS)}, si chiamano così attacchi
 245   miranti ad impedire un servizio causando una qualche forma di carico
 246   eccessivo per il sistema, che resta bloccato nelle risposte all'attacco.}
 247
 248 \begin{table}[!htb]
 249   \centering
 250   \footnotesize
 251   \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
 252     \hline
 253     \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
 254     \hline
 255     \hline % modalità di accesso al file
 256     \const{O\_RDONLY}  & Apre il file in sola lettura, le \acr{glibc}
 257                          definiscono anche \const{O\_READ} come sinonimo. \\
 258     \const{O\_WRONLY}  & Apre il file in sola scrittura, le \acr{glibc}
 259                          definiscono anche \const{O\_WRITE} come sinonimo. \\
 260     \const{O\_RDWR}    & Apre il file sia in lettura che in scrittura. \\
 261     \hline % modalità di apertura del file
 262     \hline
 263     \const{O\_CREAT}   & Se il file non esiste verrà creato, con le regole di
 264                          titolarità del file viste in
 265                          sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Con questa
 266                          opzione l'argomento \param{mode} deve essere
 267                          specificato. \\
 268     \const{O\_EXCL}    & Usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che
 269                          la precedente esistenza del file diventi un
 270                          errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
 271                          \func{open} con \errcode{EEXIST}. \\
 272     \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in modalità non bloccante, e
 273                          comporta che \func{open} ritorni immediatamente anche
 274                          quando dovrebbe bloccarsi (l'opzione ha senso solo per
 275                          le fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}). \\
 276     \const{O\_NOCTTY}  & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di
 277                          terminale, questo non diventerà il terminale di
 278                          controllo, anche se il processo non ne ha ancora uno
 279                          (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}). \\
 280     \const{O\_SHLOCK}  & Apre il file con uno shared lock (vedi
 281                          sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
 282                          assente in Linux. \\
 283     \const{O\_EXLOCK}  & Apre il file con un lock esclusivo (vedi
 284                          sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
 285                          assente in Linux.\\
 286     \const{O\_TRUNC}   & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
 287                          ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o una
 288                          fifo viene ignorato, negli altri casi il
 289                          comportamento non è specificato. \\
 290     \const{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un link simbolico la chiamata
 291                          fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux
 292                          dal kernel 2.1.126. Nelle versioni precedenti i link
 293                          simbolici sono sempre seguiti, e questa opzione è
 294                          ignorata. \\
 295     \const{O\_DIRECTORY}&Se \param{pathname} non è una directory la chiamata
 296                          fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato
 297                          introdotto con il kernel 2.1.126 per evitare dei
 298                          \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
 299                          \textit{DoS}\protect\footnotemark\ quando
 300                          \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un
 301                          dispositivo associato ad una unità a nastri, non deve
 302                          dispositivo a nastri; non deve essere utilizzato
 303                          al di fuori dell'implementazione di \func{opendir}. \\
 304     \const{O\_LARGEFILE}&nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
 305                          grandi dimensioni consente di aprire file le cui
 306                          dimensioni non possono essere rappresentate da numeri
 307                          a 31 bit. \\
 308     \hline
 309     \hline  % modalità di operazione coi file
 310     \const{O\_APPEND}  & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
 311                          \textit{append mode}. Prima di ciascuna
 312                          scrittura la posizione corrente viene sempre impostata
 313                          alla fine del file. Con NFS si può avere una
 314                          corruzione del file se più di un processo scrive allo
 315                          stesso tempo.\footnotemark\\
 316     \const{O\_NONBLOCK}& Il file viene aperto in modalità non bloccante per
 317                          le operazioni di I/O (che tratteremo in
 318                          sez.~\ref{sec:file_noblocking}): questo significa il
 319                          fallimento di \func{read} in assenza di dati da
 320                          leggere e quello di \func{write} in caso di
 321                          impossibilità di scrivere immediatamente. Questa
 322                          modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni file
 323                          di dispositivo. \\
 324     \const{O\_NDELAY}  & In Linux\footnotemark\ è sinonimo di
 325                          \const{O\_NONBLOCK}.\\
 326     \const{O\_ASYNC}   & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
 327                          sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è
 328                          impostato viene generato il segnale \const{SIGIO}
 329                          tutte le volte che sono disponibili dati in input
 330                          sul file. \\
 331     \const{O\_SYNC}    & Apre il file per l'input/output sincrono: ogni
 332                          \func{write} bloccherà fino al completamento della
 333                          scrittura di tutti i dati sull'hardware
 334                          sottostante.\\
 335     \const{O\_FSYNC}   & sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD. \\
 336     \const{O\_DSYNC}   & Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente
 337                          dal kernel 2.1.130 come sinonimo di
 338                          \const{O\_SYNC}. \\
 339     \const{O\_RSYNC}   & Variante analoga alla precedente, trattata allo stesso
 340                          modo. \\
 341     \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
 342                          file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per molti
 343                          filesystem questa funzionalità non è disponibile per
 344                          il singolo file ma come opzione generale da
 345                          specificare in fase di montaggio.\\
 346     \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dai buffer in user space
 347                          in maniera sincrona, in modo da scavalcare i
 348                          meccanismi di caching del kernel. In genere questo
 349                          peggiora le prestazioni tranne quando le
 350                          applicazioni\footnotemark ottimizzano il proprio
 351                          caching. Per i kernel della serie 2.4 si deve
 352                          garantire che i buffer in user space siano allineati
 353                          alle dimensioni dei blocchi del filesystem; per il
 354                          kernel 2.6 basta che siano allineati a multipli di 512
 355                          byte.\\
 356     \hline
 357   \end{tabular}
 358   \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
 359   \label{tab:file_open_flags}
 360 \end{table}
 361
 362 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in
 363   \itindex{append~mode} \textit{append}, ed il kernel deve simularla, ma
 364   questo comporta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
 365     condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}.}
 366
 367 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
 368   una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
 369   un'ambiguità, dato che come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno di
 370   zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
 371
 372 \footnotetext[6]{l'opzione è stata introdotta dalla SGI in IRIX, e serve
 373   sostanzialmente a permettere ad alcuni programmi (in genere database) la
 374   gestione diretta della bufferizzazione dell'I/O in quanto essi sono in grado
 375   di ottimizzarla al meglio per le loro prestazioni; l'opzione è presente
 376   anche in FreeBSD, senza limiti di allineamento dei buffer. In Linux è stata
 377   introdotta con il kernel 2.4.10, le versioni precedenti la ignorano.}
 378
 379
 380 Questa caratteristica permette di prevedere qual è il valore del file
 381 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
 382 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
 383 visti in sez.~\ref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
 384 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
 385 input (avrà cioè il file descriptor 0).
 386
 387 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo (torneremo
 388 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
 389 sez.~\ref{sec:file_sharing}) ed è impostato per restare aperto attraverso una
 390 \func{exec} (come accennato in sez.~\ref{sec:proc_exec}); l'offset è impostato
 391 all'inizio del file.
 392
 393 L'argomento \param{mode} indica i permessi con cui il file viene creato; i
 394 valori possibili sono gli stessi già visti in sez.~\ref{sec:file_perm_overview}
 395 e possono essere specificati come OR binario delle costanti descritte in
 396 tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono filtrati dal valore di
 397 \var{umask} (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_management}) per il processo.
 398
 399 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
 400 dell'argomento \param{flags}.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
 401 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
 402 campo \var{f\_flags} della struttura \struct{file} (al solito si veda lo schema
 403 di fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Essi sono divisi in tre categorie
 404 principali:
 405 \begin{itemize*}
 406 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
 407   si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
 408   lettura/scrittura.  Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
 409   si apre un file.  Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
 410   essere riletti con \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status flag}),
 411   ma non possono essere modificati.
 412 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
 413   alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
 414   eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
 415   sono memorizzati né possono essere riletti.
 416 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
 417   alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
 418   (come \func{read} o \func{write}). Anch'essi fan parte del \textit{file
 419     status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di \func{open}, ma
 420   possono essere riletti e modificati (insieme alle caratteristiche operative
 421   che controllano) con una \func{fcntl}.
 422 \end{itemize*}
 423
 424 In tab.~\ref{tab:file_open_flags} sono riportate, ordinate e divise fra loro
 425 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
 426 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra loro con
 427 un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
 428 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open}. I due flag
 429 \const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono estensioni specifiche di
 430 Linux, e deve essere definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli
 431 usare.
 432
 433 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
 434 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
 435 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
 436 \funcd{creat}, il cui prototipo è:
 437 \begin{prototype}{fcntl.h}
 438   {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
 439   Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \param{mode}. È del
 440   tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
 441 \end{prototype}
 442 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
 443 programmi.
 444
 445
 446 \subsection{La funzione \func{close}}
 447 \label{sec:file_close}
 448
 449 La funzione \funcd{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
 450 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
 451 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
 452   Chiude il descrittore \param{fd}.
 453
 454   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
 455     errore, con \var{errno} che assume i valori:
 456   \begin{errlist}
 457     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
 458     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
 459   \end{errlist}
 460   ed inoltre \errval{EIO}.}
 461 \end{prototype}
 462
 463 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking}
 464 \index{file!locking} è trattato in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il
 465 processo poteva avere acquisito su di esso; se \param{fd} è l'ultimo
 466 riferimento (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella
 467 \itindex{file~table} \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il file
 468 descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo viene
 469 cancellato.
 470
 471 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
 472 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
 473 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
 474 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
 475 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
 476 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
 477 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
 478 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
 479 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
 480   e le quote su disco.}
 481
 482 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
 483 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
 484 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
 485 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
 486 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
 487 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
 488 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
 489 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
 490
 491
 492 \subsection{La funzione \func{lseek}}
 493 \label{sec:file_lseek}
 494
 495 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
 496 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
 497 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \struct{file}) espressa da un numero intero
 498 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
 499 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
 500 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
 501
 502 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode}
 503 \const{O\_APPEND}) questa posizione viene impostata a zero all'apertura del
 504 file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la funzione
 505 \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
 506 \begin{functions}
 507   \headdecl{sys/types.h}
 508   \headdecl{unistd.h}
 509   \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
 510   Imposta la posizione attuale nel file.
 511
 512   \bodydesc{La funzione ritorna il valore della posizione corrente in caso di
 513     successo e $-1$ in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
 514     dei valori:
 515   \begin{errlist}
 516   \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
 517     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
 518   \end{errlist}
 519   ed inoltre \errval{EBADF}.}
 520 \end{functions}
 521
 522 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
 523 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
 524 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
 525   questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
 526   \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}:
 527 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
 528 \item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore
 529   (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione
 530   corrente.
 531 \item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
 532   ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
 533   per ottenere la nuova posizione corrente.
 534 \item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
 535   del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
 536   per ottenere la nuova posizione corrente.
 537 \end{basedescript}
 538
 539 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
 540 impostare la posizione corrente anche oltre la fine del file, e alla
 541 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessun accesso
 542 al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il valore
 543 \var{f\_pos} in \param{file}, vedi fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la
 544 funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per \param{offset}
 545 si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la funzione con
 546 \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
 547
 548 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
 549 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
 550 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
 551 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
 552 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition}\textit{race
 553   condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}).
 554
 555 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
 556 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{EPIPE}. Questo, oltre che per
 557 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
 558 supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
 559 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
 560   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
 561 POSIX però non specifica niente in proposito. Infine alcuni file speciali, ad
 562 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
 563 indefinito.
 564
 565
 566 \subsection{La funzione \func{read}}
 567 \label{sec:file_read}
 568
 569
 570 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
 571 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \funcd{read}, il cui
 572 prototipo è:
 573 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
 574
 575   Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} al buffer
 576   \param{buf}.
 577
 578   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 579     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
 580   \begin{errlist}
 581   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
 582     aver potuto leggere qualsiasi dato.
 583   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
 584     era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
 585   \end{errlist}
 586   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
 587   \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
 588   natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
 589 \end{prototype}
 590
 591 La funzione tenta di leggere \param{count} byte a partire dalla posizione
 592 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
 593 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
 594 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.  Si deve sempre tener
 595 presente che non è detto che la funzione \func{read} restituisca sempre il
 596 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
 597 può restituire un numero di byte inferiore; questo è un comportamento normale,
 598 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
 599
 600 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
 601 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
 602 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
 603 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
 604 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
 605 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
 606 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
 607 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
 608 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
 609
 610 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
 611 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
 612 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
 613 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
 614 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
 615 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
 616 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
 617 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
 618
 619 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
 620 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
 621 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
 622 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
 623 dati ricevuti fino al momento della lettura.
 624
 625 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
 626 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
 627 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
 628 interrotta da un segnale; in tal caso l'azione da intraprendere è quella di
 629 rieseguire la funzione.  Torneremo in dettaglio sull'argomento in
 630 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
 631 in modalità non bloccante (vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e non ci sono
 632 dati in ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
 633 \errcode{EAGAIN}\footnote{BSD usa per questo errore la costante
 634   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con le \acr{glibc}, questa è sinonima di
 635   \errcode{EAGAIN}.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
 636 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo.
 637
 638 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
 639 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
 640   Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
 641   state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
 642   l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
 643   aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
 644   delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
 645 normalmente Unix98, vedi sez.~\ref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
 646 definizione di un'altra funzione di lettura, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
 647 \begin{prototype}{unistd.h}
 648 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
 649
 650 Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd}, a partire dalla
 651 posizione \param{offset}, nel buffer \param{buf}.
 652
 653 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 654   $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
 655   visti per \func{read} e \func{lseek}.}
 656 \end{prototype}
 657
 658 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
 659 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \func{offset} che indica una
 660 posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno. La
 661 funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza modificare la
 662 posizione corrente.
 663
 664 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
 665 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
 666 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
 667 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
 668 (vedi sez.~\ref{sec:file_sharing}).  Il valore di
 669 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
 670
 671 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
 672 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
 673 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
 674 \begin{verbatim}
 675 #define _XOPEN_SOURCE 500
 676 \end{verbatim}
 677 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
 678 dichiarazioni \file{unistd.h}.
 679
 680
 681
 682 \subsection{La funzione \func{write}}
 683 \label{sec:file_write}
 684
 685 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
 686 scrivere su di esso utilizzando la funzione \funcd{write}, il cui prototipo è:
 687 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
 688
 689   Scrive \param{count} byte dal buffer \param{buf} sul file \param{fd}.
 690
 691   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
 692     e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
 693     valori:
 694   \begin{errlist}
 695   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
 696     la scrittura.
 697   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
 698     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
 699     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
 700   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
 701     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
 702     \const{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
 703     funzione ritorna questo errore.
 704   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
 705     potuto scrivere qualsiasi dato.
 706   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
 707     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
 708   \end{errlist}
 709   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
 710   \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori
 711   dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
 712 \end{prototype}
 713
 714 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
 715 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
 716 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
 717 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
 718 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
 719 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
 720 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
 721 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
 722
 723 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
 724 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
 725 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
 726 stesso comportamento di \func{read}.
 727
 728 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
 729 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
 730 nel file, il suo prototipo è:
 731 \begin{prototype}{unistd.h}
 732 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
 733
 734 Cerca di scrivere sul file \param{fd}, a partire dalla posizione
 735 \param{offset}, \param{count} byte dal buffer \param{buf}.
 736
 737 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 738   $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
 739   visti per \func{write} e \func{lseek}.}
 740 \end{prototype}
 741 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
 742
 743
 744 \section{Caratteristiche avanzate}
 745 \label{sec:file_adv_func}
 746
 747 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
 748 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
 749 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
 750 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
 751 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
 752
 753
 754 \subsection{La condivisione dei files}
 755 \label{sec:file_sharing}
 756
 757 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
 758 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
 759 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
 760 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
 761 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
 762
 763 \begin{figure}[htb]
 764   \centering
 765   \includegraphics[width=15cm]{img/filemultacc}
 766   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
 767     diversi}
 768   \label{fig:file_mult_acc}
 769 \end{figure}
 770
 771 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file
 772 su disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
 773 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
 774 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
 775 diverso file descriptor nella sua \struct{file\_struct}. Entrambe le voci
 776 nella \textit{file table} faranno però riferimento allo stesso
 777 inode\index{inode} su disco.
 778
 779 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
 780 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
 781 vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
 782 conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
 783 stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
 784 \begin{itemize}
 785 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
 786   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
 787   scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
 788   automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size}
 789   nell'inode\index{inode}.
 790 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
 791   le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
 792   prima impostata alla dimensione corrente del file letta
 793   dall'inode\index{inode}. Dopo la scrittura il file viene automaticamente
 794   esteso.
 795 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
 796   \var{f\_pos} nella struttura \struct{file} della \textit{file table}, non
 797   c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla
 798   fine del file la posizione viene impostata leggendo la dimensione corrente
 799   dall'inode\index{inode}.
 800 \end{itemize}
 801
 802 \begin{figure}[htb]
 803   \centering
 804   \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar}
 805   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
 806   \label{fig:file_acc_child}
 807 \end{figure}
 808
 809 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
 810 puntino alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il
 811 caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione
 812 di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_fork}). La
 813 situazione è illustrata in fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo
 814 figlio riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche
 815 una copia di \struct{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
 816
 817 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
 818 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
 819 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
 820 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
 821 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
 822 \var{f\_pos} che è lo stesso per entrambi).
 823
 824 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
 825 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
 826 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
 827   \struct{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono
 828 associati anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è
 829 \const{FD\_CLOEXEC}, detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono
 830 tenuti invece in \struct{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun
 831 processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di
 832 condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
 833
 834
 835
 836 \subsection{Operazioni atomiche con i file}
 837 \label{sec:file_atomic}
 838
 839 Come si è visto in un sistema unix-like è sempre possibile per più processi
 840 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
 841 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
 842 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
 843
 844 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
 845 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
 846 maniera imprevedibile.  Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
 847 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
 848 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il
 849 \index{file!locking} \textit{file locking}, che esamineremo in
 850 sez.~\ref{sec:file_locking}).
 851
 852 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
 853 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
 854 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
 855 fine del file e poi scrivere può condurre ad una
 856 \itindex{race~condition}\textit{race condition}: infatti può succedere che un
 857 secondo processo scriva alla fine del file fra la \func{lseek} e la
 858 \func{write}; in questo caso, come abbiamo appena visto, il file sarà esteso,
 859 ma il nostro primo processo avrà ancora la posizione corrente impostata con la
 860 \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del file, e la successiva
 861 \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
 862
 863 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
 864 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
 865 \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo
 866 descritto in precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione
 867 alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file.
 868 Tutto questo avviene all'interno di una singola system call (la \func{write})
 869 che non essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione
 870 atomica.
 871
 872 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
 873 creare un \textsl{file di lock}\index{file!di lock}, bloccandosi se il file
 874 esiste. In questo caso la sequenza logica porterebbe a verificare prima
 875 l'esistenza del file con una \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat};
 876 di nuovo avremmo la possibilità di una \textit{race
 877   condition}\itindex{race~condition} da parte di un altro processo che crea lo
 878 stesso file fra il controllo e la creazione.
 879
 880 Per questo motivo sono stati introdotti per \func{open} i due flag
 881 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
 882 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
 883 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
 884 di una singola system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica
 885 si veda sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
 886
 887
 888 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
 889 \label{sec:file_sync}
 890
 891 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
 892 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
 893 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
 894 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
 895
 896 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
 897 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
 898 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
 899   questo dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
 900   l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di
 901   ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la
 902   scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \funcd{sync} il cui
 903 prototipo è:
 904 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
 905
 906   Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
 907
 908   \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
 909 \end{prototype}
 910 \noindent  i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
 911 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
 912 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
 913 kernel.
 914
 915 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
 916 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
 917 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
 918 valore tradizionale, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma
 919 in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a
 920   partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di
 921 tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento
 922 può essere controllato attraverso il file \file{/proc/sys/vm/bdflush} (per il
 923 significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel in
 924 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}).
 925
 926 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
 927 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
 928 usare le due funzioni \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui prototipi sono:
 929 \begin{functions}
 930   \headdecl{unistd.h}
 931   \funcdecl{int fsync(int fd)}
 932   Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
 933   \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
 934   Sincronizza i dati del file \param{fd}.
 935
 936   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
 937     errore, nel qual caso \var{errno} assume i valori:
 938   \begin{errlist}
 939   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
 940     sincronizzazione.
 941   \end{errlist}
 942   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
 943 \end{functions}
 944
 945 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
 946 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
 947 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadati del file (che
 948 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
 949 altri dati contenuti nell'inode\index{inode} che si leggono con \func{fstat},
 950 come i tempi del file).
 951
 952 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
 953 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
 954 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
 955   il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
 956   il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
 957   delle directory.}
 958
 959
 960 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
 961 \label{sec:file_dup}
 962
 963 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_sharing} come un processo figlio
 964 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
 965 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
 966 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \funcd{dup} il cui
 967 prototipo è:
 968 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
 969   Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
 970
 971   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
 972     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
 973     valori:
 974   \begin{errlist}
 975   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
 976   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
 977     descriptor aperti.
 978   \end{errlist}}
 979 \end{prototype}
 980
 981 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
 982 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
 983 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
 984 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
 985 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura
 986 \struct{file\_struct}, cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento
 987 alla stessa voce nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo
 988 file descriptor è \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
 989
 990 \begin{figure}[htb]
 991   \centering \includegraphics[width=15cm]{img/filedup}
 992   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
 993   \label{fig:file_dup}
 994 \end{figure}
 995
 996 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
 997 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
 998 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
 999 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
1000 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
1001 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
1002 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
1003 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
1004 di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec} (vedi
1005 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato
1006 nella copia.
1007
1008 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
1009 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
1010 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
1011 allo standard output (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use},
1012 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
1013 il file che si vuole sostituire, cosicché il suo file descriptor possa esser
1014 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
1015 disponibile.
1016
1017 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
1018 della funzione, \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente
1019 qual è il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
1020 prototipo è:
1021 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1022
1023   Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
1024
1025   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
1026     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1027   \begin{errlist}
1028   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1029     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1030   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1031     descriptor aperti.
1032   \end{errlist}}
1033 \end{prototype}
1034 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
1035 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
1036 sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso
1037 allo stesso valore per il file descriptor).
1038
1039 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1040 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1041 sez.~\ref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.  L'operazione ha
1042 la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
1043 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.
1044
1045 La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sintassi ed i
1046   diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor
1047 \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia
1048 effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo
1049 file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se
1050 \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor).
1051
1052
1053 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
1054 \label{sec:file_fcntl}
1055
1056 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_base_func} esistono
1057 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
1058 descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la
1059 gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1060 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1061   gestiscono con questa funzione varie modalità di I/O asincrono (vedi
1062   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e il \textit{file locking}
1063   \index{file!locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).}
1064
1065 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1066 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{fcntl},
1067 il cui prototipo è:
1068 \begin{functions}
1069   \headdecl{unistd.h}
1070   \headdecl{fcntl.h}
1071   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1072   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1073   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1074   Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
1075   sul file \param{fd}.
1076
1077   \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
1078     dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre $-1$ ed
1079     il codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
1080     possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
1081   \begin{errlist}
1082   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1083   \end{errlist}}
1084 \end{functions}
1085
1086
1087 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1088 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1089 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1090 sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in sostanza
1091 corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}; in
1092 sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di \func{fcntl}
1093 per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i possibili valori
1094 per \var{cmd} è riportata di seguito:
1095 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1096 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1097   maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. Ritorna il
1098   nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ in caso di errore. Gli
1099   errori possibili sono \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore
1100   del massimo consentito o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il
1101   massimo numero di descrittori consentito.
1102 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1103   valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1104   \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec}, identificato dalla costante
1105   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1106   esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}).  Ritorna un
1107   valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di errore.
1108 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1109   \param{fd} o $-1$ in caso di errore; se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i
1110   file descriptor aperti vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti
1111   (il comportamento predefinito) restano aperti.
1112 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag} in
1113   caso di successo o $-1$ in caso di errore; permette cioè di rileggere quei
1114   bit impostati da \func{open} all'apertura del file che vengono memorizzati
1115   (quelli riportati nella prima e terza sezione di
1116   tab.~\ref{tab:file_open_flags}).
1117 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1118   specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o
1119   $-1$ in caso di errore. Possono essere impostati solo i bit riportati nella
1120   terza sezione di tab.~\ref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1121     manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND},
1122     \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.}
1123 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1124   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato;
1125   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore.  Questa
1126   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1127 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1128   specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1129   qualcun altro ritorna immediatamente restituendo $-1$ e imposta \var{errno} a
1130   \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}, in caso di successo ritorna un valore
1131   nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1132   sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1133 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1134   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1135   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1136   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}, in caso di successo ritorna un valore
1137   nullo.  Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1138   sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1139 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o
1140   l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process
1141     group}\footnote{i \itindex{process~group} \textit{process group} sono
1142     (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) raggruppamenti di processi usati nel
1143     controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un identificatore
1144     (un numero positivo analogo al \acr{pid}).}  che è preposto alla ricezione
1145   dei segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi associati al file
1146   descriptor \param{fd}. Nel caso di un \textit{process group} viene
1147   restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1148   all'identificatore del \itindex{process~group}\textit{process group}.  In
1149   caso di errore viene restituito $-1$.
1150 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1151   l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
1152     group} che riceverà i segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli
1153   eventi associati al file descriptor \param{fd}, ritorna un valore nullo in
1154   caso di successo o $-1$ in caso di errore.  Come per \const{F\_GETOWN}, per
1155   impostare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
1156   per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponde
1157   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
1158 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1159   sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1160   per l'I/O asincrono (si veda sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1161   indica il valore predefinito (che è \const{SIGIO}), un valore diverso da
1162   zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1163   \const{SIGIO}). In caso di errore ritorna $-1$.
1164 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1165   possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono,
1166   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Il
1167   valore zero indica di usare il segnale predefinito, \const{SIGIO}. Un altro
1168   valore diverso da zero (compreso lo stesso \const{SIGIO}) specifica il
1169   segnale voluto; l'uso di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
1170   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1171   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1172   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
1173   generato il segnale attraverso i valori restituiti in \struct{siginfo\_t}
1174   (come vedremo in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi
1175     \const{F\_SETSIG} e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di
1176     Linux.}
1177 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove un \index{file!lease}
1178   \textit{file lease}\footnote{questa è una nuova funzionalità, specifica di
1179     Linux, e presente solo a partire dai kernel della serie 2.4.x, in cui il
1180     processo che detiene un \textit{lease} su un file riceve una notifica
1181     qualora un altro processo cerca di eseguire una \func{open} o una
1182     \func{truncate} su di esso.} sul file descriptor \var{fd} a seconda del
1183   valore del terzo argomento, che in questo caso è un \ctyp{int}, ritorna un
1184   valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1185   funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in
1186   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1187 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \textit{file lease}
1188   \index{file!lease} che il processo detiene nei confronti del file descriptor
1189   \var{fd} o $-1$ in caso di errore. Con questo comando il terzo argomento può
1190   essere omesso. Questa funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in
1191   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1192 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva un meccanismo di notifica per cui viene
1193   riportata al processo chiamante, tramite il segnale \const{SIGIO} (o altro
1194   segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
1195   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
1196   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
1197   di errore. Questa funzionalità avanzata, disponibile dai kernel della serie
1198   2.4.x, è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1199 \end{basedescript}
1200
1201 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1202 poter essere affrontate in tutti i loro aspetti a questo punto; saranno
1203 pertanto riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse
1204 relative. In particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari
1205 meccanismi di notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
1206 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_access} mentre quelle relative al \textit{file
1207   locking}\index{file!locking} saranno esaminate in
1208 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
1209 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
1210
1211 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1212 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1213 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel
1214 \textit{file status flag} che si è ottenuto.  Infatti la definizione corrente
1215 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1216 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1217   queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1218 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1219 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1220 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \file{fcntl.h}), che estrae i bit di
1221 accesso dal \textit{file status flag}.
1222
1223
1224
1225 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1226 \label{sec:file_ioctl}
1227
1228 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostrato molto
1229 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1230 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1231 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1232 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1233 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1234 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1235 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1236
1237 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1238 di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1239 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1240 file descriptor.  Il prototipo di questa funzione è:
1241 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1242   Manipola il dispositivo sottostante, usando l'argomento \param{request} per
1243   specificare l'operazione richiesta ed il terzo argomento (usualmente di tipo
1244   \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1245   dell'informazione necessaria.
1246
1247   \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1248     operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1249     caso di errore viene sempre restituito $-1$ ed \var{errno} assumerà uno dei
1250     valori:
1251   \begin{errlist}
1252   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
1253     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
1254     riferimento \param{fd}.
1255   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1256     validi.
1257   \end{errlist}
1258   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.}
1259 \end{prototype}
1260
1261 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1262 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1263 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1264 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1265 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1266 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1267 \begin{itemize*}
1268 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1269 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1270 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1271 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1272 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1273 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1274   speaker.
1275 \end{itemize*}
1276
1277 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1278 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1279 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1280 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1281 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1282   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1283   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1284   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
1285   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
1286   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
1287 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
1288 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
1289 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
1290 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
1291 imprevedibili o indesiderati.
1292
1293 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
1294 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
1295 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in
1296 seguito\footnote{per l'uso con i socket si veda
1297   sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.}  quelle relative ad alcuni casi specifici
1298 (ad esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso \func{ioctl} in
1299 quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo i valori di
1300 alcuni comandi che sono definiti per ogni file:
1301 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1302 \item[\const{FIOCLEX}] Imposta il flag di
1303   \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec}.
1304 \item[\const{FIONCLEX}] Cancella il flag di
1305   \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec}.
1306 \item[\const{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1307 \item[\const{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1308 \end{basedescript}
1309 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1310
1311
1312
1313 % TODO estendere la lista delle ioctl
1314
1315
1316 %%% Local Variables:
1317 %%% mode: latex
1318 %%% TeX-master: "gapil"
1319 %%% End:
1320
1321 % LocalWords:  descriptor system call cap like kernel sez l'inode inode VFS tab
1322 % LocalWords:  process table struct files flags pos all'inode dentry fig shell
1323 % LocalWords:  error POSIX STDIN FILENO STDOUT STDERR unistd read write lseek
1324 % LocalWords:  close pathname sys fcntl int const char errno EEXIST CREAT EXCL
1325 % LocalWords:  EISDIR ENOTDIR ENXIO NOBLOCK WRONLY fifo ENODEV ETXTBSY ELOOP of
1326 % LocalWords:  NOFOLLOW EACCES ENAMETOOLONG ENOENT EROFS EFAULT ENOSPC ENOMEM
1327 % LocalWords:  EMFILE ENFILE NFS lock race condition Denial Service DoS RDONLY
1328 % LocalWords:  glibc RDWR NONBLOCK NOCTTY SHLOCK shared BSD EXLOCK TRUNC device
1329 % LocalWords:  opendir LARGEFILE APPEND append NDELAY ASYNC l'I SIGIO SYNC SVr
1330 % LocalWords:  DSYNC RSYNC filesystem DIRECT caching SGI IRIX dell'I FreeBSD fd
1331 % LocalWords:  fork exec umask SOURCE creat filedes EBADF EINTR EIO locking off
1332 % LocalWords:  behind sync flush shutdown whence ESPIPE socket EINVAL INCR XTND
1333 % LocalWords:  SEEK CUR EPIPE ssize void buf size count EAGAIN EWOULDBLOCK log
1334 % LocalWords:  Specification pwrite pread EFBIG SIGPIPE nell'inode dall'inode
1335 % LocalWords:  CLOEXEC stat fsync cache update l'update bdflush Documentation
1336 % LocalWords:  fdatasync fstat ext dup oldfd newfd DUPFD cmd long arg flock pid
1337 % LocalWords:  SETFD GETFD GETFL SETFL GETLK SETLK SETLKW GETOWN group SIGURG
1338 % LocalWords:  SETOWN GETSIG SETSIG sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease is
1339 % LocalWords:  truncate GETLEASE NOTIFY all'I AND ACCMODE ioctl everything argp
1340 % LocalWords:  framebuffer request ENOTTY CDROM nell'header magic number
1341 % LocalWords:  FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO NOATIME