fileunix.tex

   1 %% fileunix.tex
   2 %%
   3 %% Copyright (C) 2000-2007 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 \index{file!descriptor} \textit{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 creare un canale di
  40 comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso (si ricordi
  41 quanto visto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa aprendo il file
  42 con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare \index{inode} l'inode
  43 del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che
  44 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
  87     a sua volta \index{inode} all'inode passando per la nuova struttura del
  88     VFS.}  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
 101 \index{file!descriptor|)}
 102
 103 \begin{figure}[htb]
 104   \centering
 105   \includegraphics[width=13cm]{img/procfile}
 106   \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
 107   l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.}
 108   \label{fig:file_proc_file}
 109 \end{figure}
 110
 111
 112
 113 \subsection{I file standard}
 114 \label{sec:file_std_descr}
 115
 116 Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
 117 tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
 118 assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non ne è
 119 stato chiuso nessuno in precedenza).
 120
 121 In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
 122 processo viene lanciato dalla shell con almeno tre file aperti. Questi, per
 123 quanto appena detto, avranno come \index{file!descriptor} \textit{file
 124   descriptor} i valori 0, 1 e 2.  Benché questa sia soltanto una convenzione,
 125 essa è seguita dalla gran parte delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe
 126 portare a gravi problemi di interoperabilità.
 127
 128 Il primo file è sempre associato al cosiddetto \textit{standard input}; è cioè
 129 il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in ingresso. Il
 130 secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci
 131 si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita. Il terzo è lo
 132 \textit{standard error}, su cui viene inviata l'uscita relativa agli errori.
 133 Nel caso della shell tutti questi file sono associati al terminale di
 134 controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per l'ingresso e
 135 alla scrittura sul terminale per l'uscita.  Lo standard POSIX.1 provvede, al
 136 posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in
 137 tab.~\ref{tab:file_std_files}.
 138
 139 \begin{table}[htb]
 140   \centering
 141   \footnotesize
 142   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
 143     \hline
 144     \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
 145     \hline
 146     \hline
 147     \const{STDIN\_FILENO}  & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 148       input} \\
 149     \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 150       output} \\
 151     \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
 152       error}\\
 153     \hline
 154   \end{tabular}
 155   \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti
 156     alla creazione di ogni processo.}
 157   \label{tab:file_std_files}
 158 \end{table}
 159
 160 In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa,
 161 facendo riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è
 162 associato ad un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard
 163   error} sono entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo
 164 stesso \index{inode} inode).
 165
 166 Nelle vecchie versioni di Unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
 167 numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
 168 dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
 169 descriptor dentro \struct{file\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel
 170 più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una
 171 lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi
 172 sez.~\ref{sec:sys_limits}).
 173
 174
 175
 176 \section{Le funzioni base}
 177 \label{sec:file_base_func}
 178
 179 L'interfaccia standard Unix per l'input/output sui file è basata su cinque
 180 funzioni fondamentali: \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
 181 \func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
 182 chiudere un file.  La gran parte delle operazioni sui file si effettua
 183 attraverso queste cinque funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O
 184 non bufferizzato dato che effettuano le operazioni di lettura e scrittura
 185 usando direttamente le system call del kernel.
 186
 187
 188 \subsection{La funzione \func{open}}
 189 \label{sec:file_open}
 190
 191 La funzione \funcd{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
 192 quella che crea l'associazione fra un \itindex{pathname} \textit{pathname} ed
 193 un \index{file!descriptor} file descriptor, il suo prototipo è:
 194 \begin{functions}
 195   \headdecl{sys/types.h}
 196   \headdecl{sys/stat.h}
 197   \headdecl{fcntl.h}
 198   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
 199   \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
 200   Apre il file indicato da \param{pathname} nella modalità indicata da
 201   \param{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
 202   specificati da \param{mode}.
 203
 204   \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$
 205     in caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno
 206     dei valori:
 207   \begin{errlist}
 208   \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato
 209     \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}.
 210   \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato
 211     l'accesso in scrittura.
 212   \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e
 213     \param{pathname} non è una directory.
 214   \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o
 215     \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun
 216     processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è
 217     assente.
 218   \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di
 219     dispositivo che non esiste.
 220   \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine
 221     di un programma in esecuzione.
 222   \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel
 223     risolvere il \textit{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e
 224     \param{pathname} è un link simbolico.
 225   \end{errlist}
 226   ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT},
 227   \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM},
 228   \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.}
 229 \end{functions}
 230
 231
 232 La funzione apre il file usando il primo file descriptor libero, e crea
 233 l'opportuna voce, cioè la struttura \struct{file}, nella \itindex{file~table}
 234 \textit{file table} del processo.  Viene sempre restituito come valore di
 235 ritorno il file descriptor con il valore più basso disponibile.
 236
 237 \footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa
 238   opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un
 239   \index{file!di lock} \textsl{file di lock} possono incorrere in una
 240   \itindex{race~condition} \textit{race condition}.  Si consiglia come
 241   alternativa di usare un file con un nome univoco e la funzione \func{link}
 242   per verificarne l'esistenza (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).}
 243
 244 \begin{table}[!htb]
 245   \centering
 246   \footnotesize
 247   \begin{tabular}[c]{|l|p{13cm}|}
 248     \hline
 249     \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
 250     \hline
 251     \hline % modalità di accesso al file
 252     \const{O\_RDONLY}  & Apre il file in sola lettura, le \acr{glibc}
 253                          definiscono anche \const{O\_READ} come sinonimo. \\
 254     \const{O\_WRONLY}  & Apre il file in sola scrittura, le \acr{glibc}
 255                          definiscono anche \const{O\_WRITE} come sinonimo. \\
 256     \const{O\_RDWR}    & Apre il file sia in lettura che in scrittura. \\
 257     \hline % modalità di apertura del file
 258     \hline
 259     \const{O\_CREAT}   & Se il file non esiste verrà creato, con le regole di
 260                          titolarità del file viste in
 261                          sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Con questa
 262                          opzione l'argomento \param{mode} deve essere
 263                          specificato. \\
 264     \const{O\_EXCL}    & Usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che
 265                          la precedente esistenza del file diventi un
 266                          errore\protect\footnotemark\ che fa fallire
 267                          \func{open} con \errcode{EEXIST}. \\
 268     \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in modalità non bloccante, e
 269                          comporta che \func{open} ritorni immediatamente anche
 270                          quando dovrebbe bloccarsi (l'opzione ha senso solo per
 271                          le fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}). \\
 272     \const{O\_NOCTTY}  & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di
 273                          terminale, questo non diventerà il terminale di
 274                          controllo, anche se il processo non ne ha ancora uno
 275                          (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}). \\
 276     \const{O\_SHLOCK}  & Apre il file con uno shared lock (vedi
 277                          sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
 278                          assente in Linux. \\
 279     \const{O\_EXLOCK}  & Apre il file con un lock esclusivo (vedi
 280                          sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD,
 281                          assente in Linux.\\
 282     \const{O\_TRUNC}   & Se usato su un file di dati aperto in scrittura,
 283                          ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o una
 284                          fifo viene ignorato, negli altri casi il
 285                          comportamento non è specificato. \\
 286     \const{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un link simbolico la chiamata
 287                          fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux
 288                          dal kernel 2.1.126. Nelle versioni precedenti i link
 289                          simbolici sono sempre seguiti, e questa opzione è
 290                          ignorata. \\
 291     \const{O\_DIRECTORY}&Se \param{pathname} non è una directory la chiamata
 292                          fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato
 293                          introdotto con il kernel 2.1.126 per evitare dei
 294                          \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
 295                          \textit{DoS}\protect\footnotemark\ quando
 296                          \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un
 297                          dispositivo associato ad una unità a nastri, non deve
 298                          dispositivo a nastri; non deve essere utilizzato
 299                          al di fuori dell'implementazione di \func{opendir}. \\
 300     \const{O\_LARGEFILE}&nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
 301                          grandi dimensioni consente di aprire file le cui
 302                          dimensioni non possono essere rappresentate da numeri
 303                          a 31 bit. \\
 304     \hline
 305     \hline  % modalità di operazione coi file
 306     \const{O\_APPEND}  & Il file viene aperto in \itindex{append~mode}
 307                          \textit{append mode}. Prima di ciascuna
 308                          scrittura la posizione corrente viene sempre impostata
 309                          alla fine del file. Con NFS si può avere una
 310                          corruzione del file se più di un processo scrive allo
 311                          stesso tempo.\footnotemark\\
 312     \const{O\_NONBLOCK}& Il file viene aperto in modalità non bloccante per
 313                          le operazioni di I/O (che tratteremo in
 314                          sez.~\ref{sec:file_noblocking}): questo significa il
 315                          fallimento di \func{read} in assenza di dati da
 316                          leggere e quello di \func{write} in caso di
 317                          impossibilità di scrivere immediatamente. Questa
 318                          modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni file
 319                          di dispositivo. \\
 320     \const{O\_NDELAY}  & In Linux\footnotemark\ è sinonimo di
 321                          \const{O\_NONBLOCK}.\\
 322     \const{O\_ASYNC}   & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi
 323                          sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è
 324                          impostato viene generato il segnale \const{SIGIO}
 325                          tutte le volte che sono disponibili dati in input
 326                          sul file. \\
 327     \const{O\_SYNC}    & Apre il file per l'input/output sincrono: ogni
 328                          \func{write} bloccherà fino al completamento della
 329                          scrittura di tutti i dati sull'hardware
 330                          sottostante.\\
 331     \const{O\_FSYNC}   & sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD. \\
 332     \const{O\_DSYNC}   & Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente
 333                          dal kernel 2.1.130 come sinonimo di
 334                          \const{O\_SYNC}. \\
 335     \const{O\_RSYNC}   & Variante analoga alla precedente, trattata allo stesso
 336                          modo. \\
 337     \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei
 338                          file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per molti
 339                          filesystem questa funzionalità non è disponibile per
 340                          il singolo file ma come opzione generale da
 341                          specificare in fase di montaggio.\\
 342     \const{O\_DIRECT}  & Esegue l'I/O direttamente dai buffer in user space
 343                          in maniera sincrona, in modo da scavalcare i
 344                          meccanismi di caching del kernel. In genere questo
 345                          peggiora le prestazioni tranne quando le
 346                          applicazioni\footnotemark ottimizzano il proprio
 347                          caching. Per i kernel della serie 2.4 si deve
 348                          garantire che i buffer in user space siano allineati
 349                          alle dimensioni dei blocchi del filesystem; per il
 350                          kernel 2.6 basta che siano allineati a multipli di 512
 351                          byte.\\
 352     \hline
 353   \end{tabular}
 354   \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
 355   \label{tab:file_open_flags}
 356 \end{table}
 357
 358 \footnotetext[3]{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial
 359     of Service}, si chiamano così attacchi miranti ad impedire un servizio
 360   causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta
 361   bloccato nelle risposte all'attacco.}
 362
 363 \footnotetext[4]{il problema è che NFS non supporta la scrittura in
 364   \itindex{append~mode} \textit{append}, ed il kernel deve simularla, ma
 365   questo comporta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
 366     condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}.}
 367
 368 \footnotetext[5]{l'opzione origina da SVr4, dove però causava il ritorno da
 369   una \func{read} con un valore nullo e non con un errore, questo introduce
 370   un'ambiguità, dato che come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno di
 371   zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
 372
 373 \footnotetext[6]{l'opzione è stata introdotta dalla SGI in IRIX, e serve
 374   sostanzialmente a permettere ad alcuni programmi (in genere database) la
 375   gestione diretta della bufferizzazione dell'I/O in quanto essi sono in grado
 376   di ottimizzarla al meglio per le loro prestazioni; l'opzione è presente
 377   anche in FreeBSD, senza limiti di allineamento dei buffer. In Linux è stata
 378   introdotta con il kernel 2.4.10, le versioni precedenti la ignorano.}
 379
 380
 381 Questa caratteristica permette di prevedere qual è il valore del file
 382 descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
 383 alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
 384 visti in sez.~\ref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard
 385 input e si apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard
 386 input (avrà cioè il file descriptor 0).
 387
 388 Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo (torneremo
 389 sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
 390 sez.~\ref{sec:file_sharing}) ed è impostato per restare aperto attraverso una
 391 \func{exec} (come accennato in sez.~\ref{sec:proc_exec}); l'offset è impostato
 392 all'inizio del file.
 393
 394 L'argomento \param{mode} indica i permessi con cui il file viene creato; i
 395 valori possibili sono gli stessi già visti in sez.~\ref{sec:file_perm_overview}
 396 e possono essere specificati come OR binario delle costanti descritte in
 397 tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono filtrati dal valore di
 398 \var{umask} (vedi sez.~\ref{sec:file_perm_management}) per il processo.
 399
 400 La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
 401 dell'argomento \param{flags}.  Alcuni di questi bit vanno anche a costituire
 402 il flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
 403 campo \var{f\_flags} della struttura \struct{file} (al solito si veda lo schema
 404 di fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Essi sono divisi in tre categorie
 405 principali:
 406 \begin{itemize*}
 407 \item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
 408   si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
 409   lettura/scrittura.  Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
 410   si apre un file.  Vengono impostati alla chiamata da \func{open}, e possono
 411   essere riletti con \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status flag}),
 412   ma non possono essere modificati.
 413 \item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
 414   alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
 415   eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
 416   sono memorizzati né possono essere riletti.
 417 \item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
 418   alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
 419   (come \func{read} o \func{write}). Anch'essi fan parte del \textit{file
 420     status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di \func{open}, ma
 421   possono essere riletti e modificati (insieme alle caratteristiche operative
 422   che controllano) con una \func{fcntl}.
 423 \end{itemize*}
 424
 425 In tab.~\ref{tab:file_open_flags} sono riportate, ordinate e divise fra loro
 426 secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
 427 ciascuno di questi bit. Dette costanti possono essere combinate fra loro con
 428 un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
 429 dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open}. I due flag
 430 \const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono estensioni specifiche di
 431 Linux, e deve essere definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli
 432 usare.
 433
 434 Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{flag} specificabili per
 435 \func{open} erano solo quelli relativi alle modalità di accesso del file.  Per
 436 questo motivo per creare un nuovo file c'era una system call apposita,
 437 \funcd{creat}, il cui prototipo è:
 438 \begin{prototype}{fcntl.h}
 439   {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
 440   Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \param{mode}. È del
 441   tutto equivalente a \code{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
 442 \end{prototype}
 443 \noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
 444 programmi.
 445
 446
 447 \subsection{La funzione \func{close}}
 448 \label{sec:file_close}
 449
 450 La funzione \funcd{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
 451 descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
 452 \begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
 453   Chiude il descrittore \param{fd}.
 454
 455   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
 456     errore, con \var{errno} che assume i valori:
 457   \begin{errlist}
 458     \item[\errcode{EBADF}]  \param{fd} non è un descrittore valido.
 459     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
 460   \end{errlist}
 461   ed inoltre \errval{EIO}.}
 462 \end{prototype}
 463
 464 La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking}
 465 \index{file!locking} è trattato in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il
 466 processo poteva avere acquisito su di esso; se \param{fd} è l'ultimo
 467 riferimento (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella
 468 \itindex{file~table} \textit{file table} vengono rilasciate. Infine se il file
 469 descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo viene
 470 cancellato.
 471
 472 Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
 473 vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
 474 esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
 475 controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
 476 implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
 477 può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
 478 di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
 479 questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
 480 inavvertita.\footnote{in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS
 481   e le quote su disco.}
 482
 483 In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
 484 siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
 485 ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
 486 \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
 487 \emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
 488 comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
 489 dell'accesso al disco che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine
 490 di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown).
 491
 492
 493 \subsection{La funzione \func{lseek}}
 494 \label{sec:file_lseek}
 495
 496 Come già accennato in sez.~\ref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
 497 una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
 498 mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \struct{file}) espressa da un numero intero
 499 positivo come numero di byte dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
 500 lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
 501 automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
 502
 503 In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \itindex{append~mode}
 504 \const{O\_APPEND}) questa posizione viene impostata a zero all'apertura del
 505 file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la funzione
 506 \funcd{lseek}, il cui prototipo è:
 507 \begin{functions}
 508   \headdecl{sys/types.h}
 509   \headdecl{unistd.h}
 510   \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
 511   Imposta la posizione attuale nel file.
 512
 513   \bodydesc{La funzione ritorna il valore della posizione corrente in caso di
 514     successo e $-1$ in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
 515     dei valori:
 516   \begin{errlist}
 517   \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
 518     \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido.
 519   \end{errlist}
 520   ed inoltre \errval{EBADF}.}
 521 \end{functions}
 522
 523 La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset},
 524 sommato al riferimento dato da \param{whence}; quest'ultimo può assumere i
 525 seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
 526   questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
 527   \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}:
 528 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
 529 \item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore
 530   (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione
 531   corrente.
 532 \item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file:
 533   ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
 534   per ottenere la nuova posizione corrente.
 535 \item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni
 536   del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo)
 537   per ottenere la nuova posizione corrente.
 538 \end{basedescript}
 539
 540 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
 541 impostare la posizione corrente anche oltre la fine del file, e alla
 542 successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessun accesso
 543 al file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il valore
 544 \var{f\_pos} in \param{file}, vedi fig.~\ref{fig:file_proc_file}).  Dato che la
 545 funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per \param{offset}
 546 si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la funzione con
 547 \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}.
 548
 549 Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che
 550 la successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
 551 aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
 552 essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione impostata in precedenza
 553 (questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race
 554   condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}).
 555
 556 Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
 557 questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{EPIPE}. Questo, oltre che per
 558 i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
 559 supportano questa funzione, come ad esempio per i file di
 560 terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso
 561   ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard
 562 POSIX però non specifica niente in proposito. Infine alcuni file speciali, ad
 563 esempio \file{/dev/null}, non causano un errore ma restituiscono un valore
 564 indefinito.
 565
 566
 567 \subsection{La funzione \func{read}}
 568 \label{sec:file_read}
 569
 570
 571 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono
 572 leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \funcd{read}, il cui
 573 prototipo è:
 574 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
 575
 576   Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} al buffer
 577   \param{buf}.
 578
 579   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 580     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
 581   \begin{errlist}
 582   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
 583     aver potuto leggere qualsiasi dato.
 584   \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
 585     era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}.
 586   \end{errlist}
 587   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
 588   \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
 589   natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
 590 \end{prototype}
 591
 592 La funzione tenta di leggere \param{count} byte a partire dalla posizione
 593 corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata
 594 automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{count} è zero la
 595 funzione restituisce zero senza nessun altro risultato.  Si deve sempre tener
 596 presente che non è detto che la funzione \func{read} restituisca sempre il
 597 numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui la funzione
 598 può restituire un numero di byte inferiore; questo è un comportamento normale,
 599 e non un errore, che bisogna sempre tenere presente.
 600
 601 La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
 602 di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
 603 sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
 604 effettivamente. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione
 605 di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero.  La
 606 condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
 607 segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere
 608 ulteriormente la lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di
 609 continuare a ricevere zero come valore di ritorno.
 610
 611 Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
 612 un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma questo non è vero
 613 quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso
 614 infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di
 615 non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi
 616 sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e ritorna solo quando ne arrivano; se il numero
 617 di byte richiesti eccede quelli disponibili la funzione ritorna comunque, ma
 618 con un numero di byte inferiore a quelli richiesti.
 619
 620 Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
 621 come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file
 622 di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un
 623 singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i
 624 dati ricevuti fino al momento della lettura.
 625
 626 Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed
 627 \errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli errori. La prima si verifica
 628 quando la \func{read} è bloccata in attesa di dati in ingresso e viene
 629 interrotta da un segnale; in tal caso l'azione da intraprendere è quella di
 630 rieseguire la funzione.  Torneremo in dettaglio sull'argomento in
 631 sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}.  La seconda si verifica quando il file è aperto
 632 in modalità non bloccante (vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e non ci sono
 633 dati in ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
 634 \errcode{EAGAIN}\footnote{BSD usa per questo errore la costante
 635   \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con le \acr{glibc}, questa è sinonima di
 636   \errcode{EAGAIN}.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati
 637 disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo.
 638
 639 La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin
 640 dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix
 641   Specification}\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
 642   state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
 643   l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
 644   aggiunto con la versione 2.1, in versioni precedenti sia del kernel che
 645   delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato
 646 normalmente Unix98, vedi sez.~\ref{sec:intro_opengroup}) è stata introdotta la
 647 definizione di un'altra funzione di lettura, \funcd{pread}, il cui prototipo è:
 648 \begin{prototype}{unistd.h}
 649 {ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
 650
 651 Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd}, a partire dalla
 652 posizione \param{offset}, nel buffer \param{buf}.
 653
 654 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 655   $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
 656   visti per \func{read} e \func{lseek}.}
 657 \end{prototype}
 658
 659 La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo
 660 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \func{offset} che indica una
 661 posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di ritorno. La
 662 funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza modificare la
 663 posizione corrente.
 664
 665 L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita
 666 da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul
 667 file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere
 668 importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi
 669 (vedi sez.~\ref{sec:file_sharing}).  Il valore di
 670 \param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file.
 671
 672 La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa
 673 accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle
 674 \textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro:
 675 \begin{verbatim}
 676 #define _XOPEN_SOURCE 500
 677 \end{verbatim}
 678 e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di
 679 dichiarazioni \file{unistd.h}.
 680
 681
 682
 683 \subsection{La funzione \func{write}}
 684 \label{sec:file_write}
 685
 686 Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può
 687 scrivere su di esso utilizzando la funzione \funcd{write}, il cui prototipo è:
 688 \begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
 689
 690   Scrive \param{count} byte dal buffer \param{buf} sul file \param{fd}.
 691
 692   \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo
 693     e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
 694     valori:
 695   \begin{errlist}
 696   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente
 697     la scrittura.
 698   \item[\errcode{EFBIG}] si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
 699     consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
 700     processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
 701   \item[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
 702     chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
 703     \const{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
 704     funzione ritorna questo errore.
 705   \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver
 706     potuto scrivere qualsiasi dato.
 707   \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in
 708     modalità \const{O\_NONBLOCK}.
 709   \end{errlist}
 710   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF},
 711   \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori
 712   dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.}
 713 \end{prototype}
 714
 715 Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{count} byte
 716 a partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
 717 posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
 718 modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti
 719 alla fine del file.  Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano
 720 immediatamente disponibili ad una \func{read} chiamata dopo che la
 721 \func{write} che li ha scritti è ritornata; ma dati i meccanismi di caching
 722 non è detto che tutti i filesystem supportino questa capacità.
 723
 724 Se \param{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro.
 725 Per i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello
 726 indicato da \param{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo
 727 stesso comportamento di \func{read}.
 728
 729 Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce un'analoga \funcd{pwrite}
 730 per scrivere alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente
 731 nel file, il suo prototipo è:
 732 \begin{prototype}{unistd.h}
 733 {ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
 734
 735 Cerca di scrivere sul file \param{fd}, a partire dalla posizione
 736 \param{offset}, \param{count} byte dal buffer \param{buf}.
 737
 738 \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e
 739   $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già
 740   visti per \func{write} e \func{lseek}.}
 741 \end{prototype}
 742 \noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}.
 743
 744
 745 \section{Caratteristiche avanzate}
 746 \label{sec:file_adv_func}
 747
 748 In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
 749 della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
 750 comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo le funzioni che
 751 permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso
 752 dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}).
 753
 754
 755 \subsection{La condivisione dei files}
 756 \label{sec:file_sharing}
 757
 758 In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
 759 dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in
 760 fig.~\ref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
 761 esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
 762 confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
 763
 764 \begin{figure}[htb]
 765   \centering
 766   \includegraphics[width=15cm]{img/filemultacc}
 767   \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
 768     diversi}
 769   \label{fig:file_mult_acc}
 770 \end{figure}
 771
 772 Il primo caso è quello in cui due processi diversi aprono lo stesso file su
 773 disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una
 774 situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun
 775 processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
 776 diverso file descriptor nella sua \struct{file\_struct}. Entrambe le voci
 777 nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo
 778 stesso \index{inode} inode su disco.
 779
 780 Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
 781 la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
 782 vengono mantenute nella sua voce della \itindex{file~table} \textit{file
 783   table}. Questo ha conseguenze specifiche sugli effetti della possibile
 784 azione simultanea sullo stesso file, in particolare occorre tenere presente
 785 che:
 786 \begin{itemize}
 787 \item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
 788   \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
 789   scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
 790   automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size} \index{inode}
 791   nell'inode.
 792 \item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte
 793   le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene
 794   prima impostata alla dimensione corrente del file letta \index{inode}
 795   dall'inode. Dopo la scrittura il file viene automaticamente esteso.
 796 \item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo
 797   \var{f\_pos} nella struttura \struct{file} della \itindex{file~table}
 798   \textit{file table}, non c'è nessuna operazione sul file su disco. Quando la
 799   si usa per porsi alla fine del file la posizione viene impostata leggendo la
 800   dimensione corrente \index{inode} dall'inode.
 801 \end{itemize}
 802
 803 \begin{figure}[htb]
 804   \centering
 805   \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar}
 806   \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
 807   \label{fig:file_acc_child}
 808 \end{figure}
 809
 810 Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi
 811 puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{file table};
 812 questo è ad esempio il caso dei file aperti che vengono ereditati dal processo
 813 figlio all'esecuzione di una \func{fork} (si ricordi quanto detto in
 814 sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in
 815 fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia
 816 dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di
 817 \struct{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
 818
 819 In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
 820 riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
 821 posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
 822 sez.~\ref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
 823 corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
 824 \var{f\_pos} che è lo stesso per entrambi).
 825
 826 Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati
 827 dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
 828 \textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di
 829   \struct{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono
 830 associati anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è
 831 \const{FD\_CLOEXEC}, detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono
 832 tenuti invece in \struct{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun
 833 processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di
 834 condivisione della stessa voce della \textit{file table}.
 835
 836
 837
 838 \subsection{Operazioni atomiche con i file}
 839 \label{sec:file_atomic}
 840
 841 Come si è visto in un sistema unix-like è sempre possibile per più processi
 842 accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
 843 scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
 844 ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
 845
 846 Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
 847 problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
 848 maniera imprevedibile.  Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
 849 di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
 850 utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il
 851 \index{file!locking} \textit{file locking}, che esamineremo in
 852 sez.~\ref{sec:file_locking}).
 853
 854 Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
 855 vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
 856 log). Come accennato in sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla
 857 fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition}
 858 \textit{race condition}: infatti può succedere che un secondo processo scriva
 859 alla fine del file fra la \func{lseek} e la \func{write}; in questo caso, come
 860 abbiamo appena visto, il file sarà esteso, ma il nostro primo processo avrà
 861 ancora la posizione corrente impostata con la \func{lseek} che non corrisponde
 862 più alla fine del file, e la successiva \func{write} sovrascriverà i dati del
 863 secondo processo.
 864
 865 Il problema è che usare due system call in successione non è un'operazione
 866 atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
 867 \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo
 868 descritto in precedenza, è il kernel che aggiorna automaticamente la posizione
 869 alla fine del file prima di effettuare la scrittura, e poi estende il file.
 870 Tutto questo avviene all'interno di una singola system call (la \func{write})
 871 che non essendo interrompibile da un altro processo costituisce un'operazione
 872 atomica.
 873
 874 Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
 875 creare un \textsl{file di lock} \index{file!di lock}, bloccandosi se il file
 876 esiste. In questo caso la sequenza logica porterebbe a verificare prima
 877 l'esistenza del file con una \func{stat} per poi crearlo con una \func{creat};
 878 di nuovo avremmo la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
 879   condition} da parte di un altro processo che crea lo stesso file fra il
 880 controllo e la creazione.
 881
 882 Per questo motivo sono stati introdotti per \func{open} i due flag
 883 \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. In questo modo l'operazione di controllo
 884 dell'esistenza del file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e
 885 creazione in caso di assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno
 886 di una singola system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica
 887 si veda sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).
 888
 889
 890 \subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
 891 \label{sec:file_sync}
 892
 893 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
 894 sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
 895 asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
 896 secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
 897
 898 Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
 899 sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
 900 scarico dei dati dai buffer del kernel.\footnote{come già accennato neanche
 901   questo dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
 902   l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di
 903   ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la
 904   scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \funcd{sync} il cui
 905 prototipo è:
 906 \begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
 907
 908   Sincronizza il buffer della cache dei file col disco.
 909
 910   \bodydesc{La funzione ritorna sempre zero.}
 911 \end{prototype}
 912 \noindent  i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
 913 le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
 914 la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
 915 kernel.
 916
 917 La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
 918 esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
 919 \cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
 920 valore tradizionale, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma
 921 in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a
 922   partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di
 923 tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento
 924 può essere controllato attraverso il file \file{/proc/sys/vm/bdflush} (per il
 925 significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel in
 926 \file{Documentation/sysctl/vm.txt}).
 927
 928 Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
 929 sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
 930 usare le due funzioni \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui prototipi sono:
 931 \begin{functions}
 932   \headdecl{unistd.h}
 933   \funcdecl{int fsync(int fd)}
 934   Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
 935   \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
 936   Sincronizza i dati del file \param{fd}.
 937
 938   \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
 939     errore, nel qual caso \var{errno} assume i valori:
 940   \begin{errlist}
 941   \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un file speciale che non supporta la
 942     sincronizzazione.
 943   \end{errlist}
 944   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{EIO}.}
 945 \end{functions}
 946
 947 Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
 948 file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
 949 \func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadati del file (che
 950 riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli
 951 altri dati contenuti \index{inode} nell'inode che si leggono con \func{fstat},
 952 come i tempi del file).
 953
 954 Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
 955 directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
 956 disco) che deve essere effettuata esplicitamente.\footnote{in realtà per
 957   il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
 958   il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
 959   delle directory.}
 960
 961
 962 \subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
 963 \label{sec:file_dup}
 964
 965 Abbiamo già visto in sez.~\ref{sec:file_sharing} come un processo figlio
 966 condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
 967 comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
 968 un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \funcd{dup} il cui
 969 prototipo è:
 970 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
 971   Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
 972
 973   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
 974     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
 975     valori:
 976   \begin{errlist}
 977   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto.
 978   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
 979     descriptor aperti.
 980   \end{errlist}}
 981 \end{prototype}
 982
 983 La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
 984 file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
 985 interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
 986 può fare riferimento a fig.~\ref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
 987 semplicemente quello di copiare il valore nella struttura
 988 \struct{file\_struct}, cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento
 989 alla stessa voce nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo
 990 file descriptor è \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione.
 991
 992 \begin{figure}[htb]
 993   \centering \includegraphics[width=15cm]{img/filedup}
 994   \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
 995   \label{fig:file_dup}
 996 \end{figure}
 997
 998 Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor
 999 duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e
1000 posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la
1001 posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche
1002 sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce
1003 della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica
1004 differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo
1005 \textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso
1006 di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec}\itindex{close-on-exec} (vedi
1007 sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato
1008 nella copia.
1009
1010 L'uso principale di questa funzione è per la redirezione dell'input e
1011 dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
1012 diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
1013 allo standard output (torneremo sull'argomento in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use},
1014 quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere
1015 il file che si vuole sostituire, cosicché il suo file descriptor possa esser
1016 restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor
1017 disponibile.
1018
1019 Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione
1020 della funzione, \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente
1021 qual è il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo
1022 prototipo è:
1023 \begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
1024
1025   Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
1026
1027   \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e
1028     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1029   \begin{errlist}
1030   \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha
1031     un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
1032   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file
1033     descriptor aperti.
1034   \end{errlist}}
1035 \end{prototype}
1036 \noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come
1037 avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso
1038 sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso
1039 allo stesso valore per il file descriptor).
1040
1041 La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
1042 funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in
1043 sez.~\ref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}.  L'operazione ha
1044 la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per
1045 \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}.
1046
1047 La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sintassi ed i
1048   diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor
1049 \param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia
1050 effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo
1051 file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se
1052 \param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor).
1053
1054
1055 \subsection{La funzione \func{fcntl}}
1056 \label{sec:file_fcntl}
1057
1058 Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_base_func} esistono
1059 tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
1060 descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la
1061 gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori
1062 funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si
1063   gestiscono con questa funzione varie modalità di I/O asincrono (vedi
1064   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e il \index{file!locking}
1065   \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).}
1066
1067 Per queste operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e
1068 caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{fcntl},
1069 il cui prototipo è:
1070 \begin{functions}
1071   \headdecl{unistd.h}
1072   \headdecl{fcntl.h}
1073   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
1074   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
1075   \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
1076   Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
1077   sul file \param{fd}.
1078
1079   \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda
1080     dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre $-1$ ed
1081     il codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici
1082     possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è:
1083   \begin{errlist}
1084   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto.
1085   \end{errlist}}
1086 \end{functions}
1087
1088
1089 Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor
1090 \var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il
1091 numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori
1092 sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in sostanza
1093 corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}; in
1094 sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di \func{fcntl}
1095 per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i possibili valori
1096 per \var{cmd} è riportata di seguito:
1097 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1098 \item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
1099   maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. Ritorna il
1100   nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ in caso di errore. Gli
1101   errori possibili sono \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore
1102   del massimo consentito o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il
1103   massimo numero di descrittori consentito.
1104 \item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al
1105   valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di
1106   \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante
1107   \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella
1108   esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}).  Ritorna un
1109   valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di errore.
1110 \item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
1111   \param{fd} o $-1$ in caso di errore; se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i
1112   file descriptor aperti vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti
1113   (il comportamento predefinito) restano aperti.
1114 \item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag} in
1115   caso di successo o $-1$ in caso di errore; permette cioè di rileggere quei
1116   bit impostati da \func{open} all'apertura del file che vengono memorizzati
1117   (quelli riportati nella prima e terza sezione di
1118   tab.~\ref{tab:file_open_flags}).
1119 \item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore
1120   specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o
1121   $-1$ in caso di errore. Possono essere impostati solo i bit riportati nella
1122   terza sezione di tab.~\ref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di
1123     manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND},
1124     \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.}
1125 \item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da
1126   \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato;
1127   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore.  Questa
1128   funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1129 \item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto
1130   specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da
1131   qualcun altro ritorna immediatamente restituendo $-1$ e imposta \var{errno} a
1132   \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}, in caso di successo ritorna un valore
1133   nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1134   sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1135 \item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
1136   la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
1137   l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce $-1$ e
1138   imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}, in caso di successo ritorna un valore
1139   nullo.  Questa funzionalità è trattata in dettaglio in
1140   sez.~\ref{sec:file_posix_lock}.
1141 \item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o
1142   l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process
1143     group}\footnote{i \itindex{process~group} \textit{process group} sono
1144     (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) raggruppamenti di processi usati nel
1145     controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un identificatore
1146     (un numero positivo analogo al \acr{pid}).}  che è preposto alla ricezione
1147   dei segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli eventi associati al file
1148   descriptor \param{fd}. Nel caso di un \textit{process group} viene
1149   restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde
1150   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.  In
1151   caso di errore viene restituito $-1$.
1152 \item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg},
1153   l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process
1154     group} che riceverà i segnali \const{SIGIO} e \const{SIGURG} per gli
1155   eventi associati al file descriptor \param{fd}, ritorna un valore nullo in
1156   caso di successo o $-1$ in caso di errore.  Come per \const{F\_GETOWN}, per
1157   impostare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare
1158   per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponde
1159   all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}.
1160 \item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci
1161   sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato
1162   per l'I/O asincrono (si veda sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0
1163   indica il valore predefinito (che è \const{SIGIO}), un valore diverso da
1164   zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso
1165   \const{SIGIO}). In caso di errore ritorna $-1$.
1166 \item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa
1167   possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono,
1168   ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Il
1169   valore zero indica di usare il segnale predefinito, \const{SIGIO}. Un altro
1170   valore diverso da zero (compreso lo stesso \const{SIGIO}) specifica il
1171   segnale voluto; l'uso di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è
1172   installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando
1173   \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere
1174   disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha
1175   generato il segnale attraverso i valori restituiti in \struct{siginfo\_t}
1176   (come vedremo in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi
1177     \const{F\_SETSIG} e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di
1178     Linux.}
1179 \item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove un \index{file!lease}
1180   \textit{file lease}\footnote{questa è una nuova funzionalità, specifica di
1181     Linux, e presente solo a partire dai kernel della serie 2.4.x, in cui il
1182     processo che detiene un \textit{lease} su un file riceve una notifica
1183     qualora un altro processo cerca di eseguire una \func{open} o una
1184     \func{truncate} su di esso.} sul file descriptor \var{fd} a seconda del
1185   valore del terzo argomento, che in questo caso è un \ctyp{int}, ritorna un
1186   valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa
1187   funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in
1188   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1189 \item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \index{file!lease}
1190   \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file
1191   descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore. Con questo comando il terzo
1192   argomento può essere omesso. Questa funzionalità avanzata è trattata in
1193   dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1194 \item[\const{F\_NOTIFY}] attiva un meccanismo di notifica per cui viene
1195   riportata al processo chiamante, tramite il segnale \const{SIGIO} (o altro
1196   segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o
1197   direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file
1198   in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso
1199   di errore. Questa funzionalità avanzata, disponibile dai kernel della serie
1200   2.4.x, è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.
1201 \end{basedescript}
1202
1203 La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
1204 poter essere affrontate in tutti i loro aspetti a questo punto; saranno
1205 pertanto riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse
1206 relative. In particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari
1207 meccanismi di notifica saranno trattate in maniera esaustiva in
1208 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_access} mentre quelle relative al
1209 \index{file!locking} \textit{file locking} saranno esaminate in
1210 sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà
1211 trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.
1212
1213 Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le
1214 modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del
1215 comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel
1216 \textit{file status flag} che si è ottenuto.  Infatti la definizione corrente
1217 di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità
1218 \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux
1219   queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo
1220 motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un
1221 AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera
1222 \const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \file{fcntl.h}), che estrae i bit di
1223 accesso dal \textit{file status flag}.
1224
1225
1226
1227 \subsection{La funzione \func{ioctl}}
1228 \label{sec:file_ioctl}
1229
1230 Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostrato molto
1231 valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una
1232 interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni
1233 usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche
1234 peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun
1235 dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa
1236 interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una
1237 porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
1238
1239 Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza
1240 di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni
1241 specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito
1242 file descriptor.  Il prototipo di questa funzione è:
1243 \begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
1244   Manipola il dispositivo sottostante, usando l'argomento \param{request} per
1245   specificare l'operazione richiesta ed il terzo argomento (usualmente di tipo
1246   \param{char * argp} o \param{int argp}) per il trasferimento
1247   dell'informazione necessaria.
1248
1249   \bodydesc{La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune
1250     operazioni usano però il valore di ritorno per restituire informazioni. In
1251     caso di errore viene sempre restituito $-1$ ed \var{errno} assumerà uno dei
1252     valori:
1253   \begin{errlist}
1254   \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un
1255     dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa
1256     riferimento \param{fd}.
1257   \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
1258     validi.
1259   \end{errlist}
1260   ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.}
1261 \end{prototype}
1262
1263 La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
1264 adattano al design dell'architettura dei file e che non è possibile effettuare
1265 con le funzioni esaminate finora. Esse vengono selezionate attraverso il
1266 valore di \param{request} e gli eventuali risultati possono essere restituiti
1267 sia attraverso il valore di ritorno che attraverso il terzo argomento
1268 \param{argp}. Sono esempi delle operazioni gestite con una \func{ioctl}:
1269 \begin{itemize*}
1270 \item il cambiamento dei font di un terminale.
1271 \item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM.
1272 \item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro.
1273 \item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile.
1274 \item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale.
1275 \item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo
1276   speaker.
1277 \end{itemize*}
1278
1279 In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di possibili diverse operazioni
1280 effettuabili attraverso \func{ioctl}, che sono definite nell'header file
1281 \file{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui fanno
1282 riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono
1283 opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa
1284   un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella
1285   definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere
1286   sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi
1287   causi al più un errore.  Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per
1288   una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di
1289 operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della
1290 funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori
1291 assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si
1292 potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti
1293 imprevedibili o indesiderati.
1294
1295 Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da
1296 dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione
1297 sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in
1298 seguito\footnote{per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda
1299   sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.} quelle relative ad alcuni casi specifici (ad
1300 esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso \func{ioctl} in
1301 quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo i valori di
1302 alcuni comandi che sono definiti per ogni file:
1303 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
1304 \item[\const{FIOCLEX}] Imposta il flag di \itindex{close-on-exec}
1305   \textit{close-on-exec}.
1306 \item[\const{FIONCLEX}] Cancella il flag di \itindex{close-on-exec}
1307   \textit{close-on-exec}.
1308 \item[\const{FIOASYNC}] Abilita l'I/O asincrono.
1309 \item[\const{FIONBIO}] Abilita l'I/O in modalità non bloccante.
1310 \end{basedescript}
1311 relativi ad operazioni comunque eseguibili anche attraverso \func{fcntl}.
1312
1313
1314
1315 % TODO estendere la lista delle ioctl sui file
1316
1317
1318 %%% Local Variables:
1319 %%% mode: latex
1320 %%% TeX-master: "gapil"
1321 %%% End:
1322
1323 % LocalWords:  descriptor system call cap like kernel sez l'inode inode VFS tab
1324 % LocalWords:  process table struct files flags pos all'inode dentry fig shell
1325 % LocalWords:  error POSIX STDIN FILENO STDOUT STDERR unistd read write lseek
1326 % LocalWords:  close pathname sys fcntl int const char errno EEXIST CREAT EXCL
1327 % LocalWords:  EISDIR ENOTDIR ENXIO NOBLOCK WRONLY fifo ENODEV ETXTBSY ELOOP of
1328 % LocalWords:  NOFOLLOW EACCES ENAMETOOLONG ENOENT EROFS EFAULT ENOSPC ENOMEM
1329 % LocalWords:  EMFILE ENFILE NFS lock race condition Denial Service DoS RDONLY
1330 % LocalWords:  glibc RDWR NONBLOCK NOCTTY SHLOCK shared BSD EXLOCK TRUNC device
1331 % LocalWords:  opendir LARGEFILE APPEND append NDELAY ASYNC l'I SIGIO SYNC SVr
1332 % LocalWords:  DSYNC RSYNC filesystem DIRECT caching SGI IRIX dell'I FreeBSD fd
1333 % LocalWords:  fork exec umask SOURCE creat filedes EBADF EINTR EIO locking off
1334 % LocalWords:  behind sync flush shutdown whence ESPIPE socket EINVAL INCR XTND
1335 % LocalWords:  SEEK CUR EPIPE ssize void buf size count EAGAIN EWOULDBLOCK log
1336 % LocalWords:  Specification pwrite pread EFBIG SIGPIPE nell'inode dall'inode
1337 % LocalWords:  CLOEXEC stat fsync cache update l'update bdflush Documentation
1338 % LocalWords:  fdatasync fstat ext dup oldfd newfd DUPFD cmd long arg flock pid
1339 % LocalWords:  SETFD GETFD GETFL SETFL GETLK SETLK SETLKW GETOWN group SIGURG
1340 % LocalWords:  SETOWN GETSIG SETSIG sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease is
1341 % LocalWords:  truncate GETLEASE NOTIFY all'I AND ACCMODE ioctl everything argp
1342 % LocalWords:  framebuffer request ENOTTY CDROM nell'header magic number
1343 % LocalWords:  FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO NOATIME