\section{L'architettura generale}
\label{sec:file_access_arch}
-Per poter accedere ai file il kernel deve mettere a disposizione dei programmi
-le opportune interfacce che consentano di leggerne il contenuto; il sistema
-cioè deve provvedere ad organizzare e rendere accessibile in maniera opportuna
-l'informazione tenuta sullo spazio grezzo disponibile sui dischi. Questo viene
-fatto strutturando l'informazione sul disco attraverso quello che si chiama un
-\textit{filesystem} (vedi \ref{sec:file_arch_func}), essa poi viene resa
-disponibile ai processi attraverso quello che viene chiamato il
+Per poter accedere ai file, il kernel deve mettere a disposizione dei
+programmi le opportune interfacce che consentano di leggerne il contenuto; il
+sistema cioè deve provvedere ad organizzare e rendere accessibile in maniera
+opportuna l'informazione tenuta sullo spazio grezzo disponibile sui dischi.
+Questo viene fatto strutturando l'informazione sul disco attraverso quello che
+si chiama un \textit{filesystem} (vedi \ref{sec:file_arch_func}), essa poi
+viene resa disponibile ai processi attraverso quello che viene chiamato il
\textsl{montaggio} del \textit{filesystem}.
% (approfondiremo tutto ciò in \secref{sec:file_arch_func}).
\subsection{I tipi di file}
\label{sec:file_file_types}
-Come detto in precedenza in Unix esistono vari tipi di file; in Linux questi
+Come detto in precedenza, in Unix esistono vari tipi di file; in Linux questi
sono implementati come oggetti del \textit{Virtual File System} (vedi
\secref{sec:file_vfs_work}) e sono presenti in tutti i filesystem unix-like
utilizzabili con Linux. L'elenco dei vari tipi di file definiti dal
-\textit{Virtual File System}\index{Virtual File System} è riportato in \ntab.
+\textit{Virtual File System}\index{Virtual File System} è riportato in
+\tabref{tab:file_file_types}.
Si tenga ben presente che questa classificazione non ha nulla a che fare con
-la classificazione sui tipi di file (che in questo caso sono sempre file di
-dati) in base al loro contenuto, o tipo di accesso.
+la classificazione dei file (che in questo caso sono sempre file di dati) in
+base al loro contenuto, o tipo di accesso. Essa riguarda invece il tipo di
+oggetti; in particolare è da notare la presenza dei cosiddetti file speciali.
+Alcuni di essi, come le \textit{fifo} (che tratteremo in
+\secref{sec:ipc_named_pipe}) ed i \textit{socket} (che tratteremo in
+\capref{cha:socket_intro}) non sono altro che dei riferimenti per utilizzare
+delle funzionalità di comunicazione fornite dal kernel. Gli altri sono i
+\textsl{file di dispositivo} (o \textit{device file}) che costituiscono una
+interfaccia diretta per leggere e scrivere sui dispositivi fisici; essi
+vengono suddivisi in due grandi categorie, \textsl{a blocchi} e \textsl{a
+ caratteri} a seconda delle modalità in cui il dispositivo sottostante
+effettua le operazioni di I/O.\footnote{in sostanza i dispositivi a blocchi
+ (ad esempio i dischi) corrispondono a periferiche per le quali è richiesto
+ che l'I/O venga effettuato per blocchi di dati di dimensioni fissate (ad
+ esempio le dimensioni di un settore), mentre nei dispositivi a caratteri
+ l'I/O viene effettuato senza nessuna particolare struttura.}
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Tipo di file}} & \textbf{Descrizione} \\
\hline
\hline
- \textit{regular file} & \textsl{file normale} &
+ \textit{regular file} & \textsl{file regolare} &
un file che contiene dei dati (l'accezione normale di file) \\
\textit{directory} & \textsl{cartella o direttorio} &
un file che contiene una lista di nomi associati a degli \textit{inodes}
\label{tab:file_file_types}
\end{table}
-Infatti una delle differenze principali con altri sistemi operativi (come il
-VMS o Windows) è che per Unix tutti i file di dati sono identici e contengono
-un flusso continuo di byte. Non esiste cioè differenza per come vengono visti
-dal sistema file di diverso contenuto o formato (come nel caso di quella fra
-file di testo e binari che c'è in Windows) né c'è una strutturazione a record
-per il cosiddetto ``accesso diretto'' come nel caso del VMS.\footnote{con i
- kernel della serie 2.4 è disponibile, attraverso dei device file appositi,
- una forma di accesso diretto ai dischi (il \textit{raw access}) che però non
- ha nulla a che fare con questo, trattandosi solo di operazioni fatte senza
- passare attraverso un filesystem.}
-
-Una seconda differenza è nel formato dei file ASCII; in Unix la fine riga è
+Una delle differenze principali con altri sistemi operativi (come il VMS o
+Windows) è che per Unix tutti i file di dati sono identici e contengono un
+flusso continuo di byte. Non esiste cioè differenza per come vengono visti dal
+sistema file di diverso contenuto o formato (come nel caso di quella fra file
+di testo e binari che c'è in Windows) né c'è una strutturazione a record per
+il cosiddetto ``accesso diretto'' come nel caso del VMS.\footnote{questo vale
+ anche per i dispositivi a blocchi: la strutturazione dell'I/O in blocchi di
+ dimensione fissa avviene solo all'interno del kernel, ed è completamente
+ trasparente all'utente. Inoltre talvolta si parla di \textsl{accesso
+ diretto} riferendosi alla capacità, che non ha niente a che fare con tutto
+ ciò, di effettuare, attraverso degli appositi file di dispositivo,
+ operazioni di I/O direttamente sui dischi senza passare attraverso un
+ filesystem (il cosiddetto \textit{raw access}, introdotto coi kernel della
+ serie 2.4.x).}
+
+Una seconda differenza è nel formato dei file ASCII: in Unix la fine riga è
codificata in maniera diversa da Windows o Mac, in particolare il fine riga è
il carattere \texttt{LF} (o \verb|\n|) al posto del \texttt{CR} (\verb|\r|)
del Mac e del \texttt{CR LF} di Windows.\footnote{per questo esistono in Linux
problemi qualora nei programmi si facciano assunzioni sul terminatore della
riga.
-Si ricordi infine che in ambiente Unix non esistono tipizzazioni dei file di
-dati e che non c'è nessun supporto del sistema per le estensioni come parte
-del filesystem. Ciò nonostante molti programmi adottano delle convenzioni per
-i nomi dei file, ad esempio il codice C normalmente si mette in file con
-l'estensione \file{.c}, ma questa è, per quanto usata ed accettata in maniera
-universale, solo una convenzione.
+Si ricordi infine che un kernel Unix non fornisce nessun supporto per la
+tipizzazione dei file di dati e che non c'è nessun supporto del sistema per le
+estensioni come parte del filesystem.\footnote{non è così ad esempio nel
+ filesystem HFS dei Mac, che supporta delle risorse associate ad ogni file,
+ che specificano fra l'altro il contenuto ed il programma da usare per
+ leggerlo. In realtà per alcuni filesystem, come l'XFS della SGI, esiste la
+ possibilità di associare delle risorse ai file, ma è una caratteristica
+ tutt'ora poco utilizzata, dato che non corrisponde al modello classico dei
+ file in un sistema Unix.} Ciò nonostante molti programmi adottano delle
+convenzioni per i nomi dei file, ad esempio il codice C normalmente si mette
+in file con l'estensione \file{.c}; un'altra tecnica molto usata è quella di
+utilizzare i primi 4 byte del file per memorizzare un \textit{magic number}
+che classifichi il contenuto; entrambe queste tecniche, per quanto usate ed
+accettate in maniera diffusa, restano solo delle convenzioni il cui rispetto è
+demandato alle applicazioni stesse.
\subsection{Le due interfacce ai file}
direttamente le system call del kernel (in realtà il kernel effettua al suo
interno alcune bufferizzazioni per aumentare l'efficienza nell'accesso ai
dispositivi); i \textit{file descriptor}\index{file descriptor} sono
-rappresentati da numeri interi (cioè semplici variabili di tipo \type{int}).
+rappresentati da numeri interi (cioè semplici variabili di tipo \ctyp{int}).
L'interfaccia è definita nell'header \file{unistd.h}.
La seconda interfaccia è quella che il manuale della \acr{glibc} chiama degli
anche su tutti i sistemi non Unix. Gli \textit{stream} sono oggetti complessi
e sono rappresentati da puntatori ad un opportuna struttura definita dalle
librerie del C; si accede ad essi sempre in maniera indiretta utilizzando il
-tipo \type{FILE *}. L'interfaccia è definita nell'header \type{stdio.h}.
+tipo \ctyp{FILE *}. L'interfaccia è definita nell'header \file{stdio.h}.
Entrambe le interfacce possono essere usate per l'accesso ai file come agli
altri oggetti del VFS (fifo, socket, device, sui quali torneremo in dettaglio
mantenendo la stessa interfaccia per i programmi in user space. Esso fornisce
un livello di indirezione che permette di collegare le operazioni di
manipolazione sui file alle operazioni di I/O, e gestisce l'organizzazione di
-queste ultime nei vari modi in cui diversi filesystem le effettuano,
+queste ultime nei vari modi in cui i diversi filesystem le effettuano,
permettendo la coesistenza di filesystem differenti all'interno dello stesso
albero delle directory.
-Quando un processo esegue una system call che opera su un file il kernel
+Quando un processo esegue una system call che opera su un file, il kernel
chiama sempre una funzione implementata nel VFS; la funzione eseguirà le
-manipolazioni sulle strutture generiche e utilizzerà poi la chiamata alla
+manipolazioni sulle strutture generiche e utilizzerà poi la chiamata alle
opportune routine del filesystem specifico a cui si fa riferimento. Saranno
queste a chiamare le funzioni di più basso livello che eseguono le operazioni
-di I/O sul dispositivo fisico, secondo lo schema riportato in \nfig.
+di I/O sul dispositivo fisico, secondo lo schema riportato in
+\figref{fig:file_VFS_scheme}.
\begin{figure}[htb]
\centering
\includegraphics[width=7cm]{img/vfs}
- \caption{Schema delle operazioni del VFS}
+ \caption{Schema delle operazioni del VFS.}
\label{fig:file_VFS_scheme}
\end{figure}
processi in user space possono accedere alle operazioni attraverso detti
metodi, che saranno diversi a seconda del tipo di file (o dispositivo) aperto
(su questo torneremo in dettaglio in \secref{sec:file_fd}). Un elenco delle
-operazioni previste dal kernel è riportato in \ntab.
+operazioni previste dal kernel è riportato in
+\tabref{tab:file_file_operations}.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
\hline
\textbf{Funzione} & \textbf{Operazione} \\
\hline
\hline
- \textsl{\code{open}} & apre il file \\
- \textsl{\code{read}} & legge dal file \\
- \textsl{\code{write}} & scrive sul file \\
- \textsl{\code{llseek}} & sposta la posizione corrente sul file \\
+ \textsl{\code{open}} & apre il file (vedi \secref{sec:file_open}). \\
+ \textsl{\code{read}} & legge dal file (vedi \secref{sec:file_read}).\\
+ \textsl{\code{write}} & scrive sul file (vedi \secref{sec:file_write}).\\
+ \textsl{\code{llseek}} & sposta la posizione corrente sul file (vedi
+ \secref{sec:file_lseek}). \\
\textsl{\code{ioctl}} & accede alle operazioni di controllo
- (tramite la \func{ioctl})\\
- \textsl{\code{readdir}}& per leggere il contenuto di una directory \\
- \textsl{\code{poll}} & \\
- \textsl{\code{mmap}} & chiamata dalla system call \func{mmap}.
- mappa il file in memoria\\
+ (vedi \secref{sec:file_ioctl}).\\
+ \textsl{\code{readdir}}& legge il contenuto di una directory \\
+ \textsl{\code{poll}} & usata nell'I/O multiplexing (vedi
+ \secref{sec:file_multiplexing}). \\
+ \textsl{\code{mmap}} & mappa il file in memoria (vedi
+ \secref{sec:file_memory_map}). \\
\textsl{\code{release}}& chiamata quando l'ultima referenza a un file
- aperto è chiusa\\
- \textsl{\code{fsync}} & chiamata dalla system call \func{fsync} \\
- \textsl{\code{fasync}} & chiamate da \func{fcntl} quando è abilitato
- il modo asincrono per l'I/O su file. \\
+ aperto è chiusa. \\
+ \textsl{\code{fsync}} & sincronizza il contenuto del file (vedi
+ \secref{sec:file_sync}). \\
+ \textsl{\code{fasync}} & abilita l'I/O asincrono (vedi
+ \secref{sec:file_asyncronous_io}) sul file. \\
\hline
\end{tabular}
\caption{Operazioni sui file definite nel VFS.}
In questo modo per ciascun file diventano possibili una serie di operazioni
(non è detto che tutte siano disponibili), che costituiscono l'interfaccia
-astratta del VFS. Qualora se ne voglia eseguire una il kernel andrà ad
-utilizzare la opportuna routine dichiarata in \var{f\_ops} appropriata al tipo
+astratta del VFS. Qualora se ne voglia eseguire una, il kernel andrà ad
+utilizzare l'opportuna routine dichiarata in \var{f\_ops} appropriata al tipo
di file in questione.
In questo modo è possibile scrivere allo stesso modo sulla porta seriale come
-su un file di dati normale; ovviamente certe operazioni (nel caso della
+su normale un file di dati; ovviamente certe operazioni (nel caso della
seriale ad esempio la \code{seek}) non saranno disponibili, però con questo
sistema l'utilizzo di diversi filesystem (come quelli usati da Windows o
MacOs) è immediato e (relativamente) trasparente per l'utente ed il
Come già accennato in \secref{sec:file_organization} Linux (ed ogni sistema
unix-like) organizza i dati che tiene su disco attraverso l'uso di un
filesystem. Una delle caratteristiche di Linux rispetto agli altri Unix è
-quella di poter supportare grazie al VFS una enorme quantità di filesystem
+quella di poter supportare, grazie al VFS, una enorme quantità di filesystem
diversi, ognuno dei quali ha una sua particolare struttura e funzionalità
-proprie. Per questo per il momento non entreremo nei dettagli di un
+proprie. Per questo, per il momento non entreremo nei dettagli di un
filesystem specifico, ma daremo una descrizione a grandi linee che si adatta
alle caratteristiche comuni di qualunque filesystem di sistema unix-like.
Lo spazio fisico di un disco viene usualmente diviso in partizioni; ogni
partizione può contenere un filesystem. La strutturazione tipica
-dell'informazione su un disco è riportata in \nfig; in essa si fa riferimento
-alla struttura del filesystem \acr{ext2}, che prevede una separazione dei dati
-in \textit{blocks group} che replicano il superblock (ma sulle caratteristiche
-di \acr{ext2} torneremo in \secref{sec:file_ext2}). È comunque caratteristica
-comune di tutti i filesystem per Unix, indipendentemente da come poi viene
-strutturata nei dettagli questa informazione, prevedere una divisione fra la
-lista degli inodes e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
+dell'informazione su un disco è riportata in \figref{fig:file_disk_filesys};
+in essa si fa riferimento alla struttura del filesystem \acr{ext2}, che
+prevede una separazione dei dati in \textit{blocks group} che replicano il
+superblock (ma sulle caratteristiche di \acr{ext2} torneremo in
+\secref{sec:file_ext2}). È comunque caratteristica comune di tutti i
+filesystem per Unix, indipendentemente da come poi viene strutturata nei
+dettagli questa informazione, prevedere una divisione fra la lista degli
+inodes e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/disk_struct}
- \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e filesystem}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/disk_struct}
+ \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e
+ filesystem.}
\label{fig:file_disk_filesys}
\end{figure}
dell'informazione all'interno del singolo filesystem (tralasciando i dettagli
relativi al funzionamento del filesystem stesso come la strutturazione in
gruppi dei blocchi, il superblock e tutti i dati di gestione) possiamo
-esemplificare la situazione con uno schema come quello esposto in \nfig.
+esemplificare la situazione con uno schema come quello esposto in
+\figref{fig:file_filesys_detail}.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/filesys_struct}
- \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/filesys_struct}
+ \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem.}
\label{fig:file_filesys_detail}
\end{figure}
-Da \curfig\ si evidenziano alcune delle caratteristiche di base di un
-filesystem, sulle quali è bene porre attenzione visto che sono fondamentali
-per capire il funzionamento delle funzioni che manipolano i file e le
-directory che tratteremo nel prossimo capitolo; in particolare è opportuno
-ricordare sempre che:
+Da \figref{fig:file_filesys_detail} si evidenziano alcune delle
+caratteristiche di base di un filesystem, sulle quali è bene porre attenzione
+visto che sono fondamentali per capire il funzionamento delle funzioni che
+manipolano i file e le directory che tratteremo nel prossimo capitolo; in
+particolare è opportuno ricordare sempre che:
\begin{enumerate}
fisici che contengono i dati e così via; le informazioni che la funzione
\func{stat} fornisce provengono dall'\textit{inode}; dentro una directory si
troverà solo il nome del file e il numero dell'\textit{inode} ad esso
- associato, cioè quella che da qui in poi chiameremo una \textsl{voce}
- (traduzione approssimata dell'inglese \textit{directory entry}, che non
- useremo anche per evitare confusione con le \textit{dentry} del kernel di
- cui si parlava in \secref{sec:file_vfs}).
-
-\item Come mostrato in \curfig\ si possono avere più voci che puntano allo
- stesso \textit{inode}. Ogni \textit{inode} ha un contatore che contiene il
- numero di riferimenti (\textit{link count}) che sono stati fatti ad esso;
- solo quando questo contatore si annulla i dati del file vengono
- effettivamente rimossi dal disco. Per questo la funzione per cancellare un
- file si chiama \func{unlink}, ed in realtà non cancella affatto i dati del
- file, ma si limita a eliminare la relativa voce da una directory e
- decrementare il numero di riferimenti nell'\textit{inode}.
+ associato, cioè quella che da qui in poi chiameremo una \textsl{voce} (come
+ traduzione dell'inglese \textit{directory entry}, che non useremo anche per
+ evitare confusione con le \textit{dentry} del kernel di cui si parlava in
+ \secref{sec:file_vfs}).
+
+\item Come mostrato in \figref{fig:file_filesys_detail} si possono avere più
+ voci che puntano allo stesso \textit{inode}. Ogni \textit{inode} ha un
+ contatore che contiene il numero di riferimenti (\textit{link count}) che
+ sono stati fatti ad esso; solo quando questo contatore si annulla i dati del
+ file vengono effettivamente rimossi dal disco. Per questo la funzione per
+ cancellare un file si chiama \func{unlink}, ed in realtà non cancella
+ affatto i dati del file, ma si limita ad eliminare la relativa voce da una
+ directory e decrementare il numero di riferimenti nell'\textit{inode}.
\item Il numero di \textit{inode} nella voce si riferisce ad un \textit{inode}
nello stesso filesystem e non ci può essere una directory che contiene
riferimenti ad \textit{inodes} relativi ad altri filesystem. Questo limita
l'uso del comando \cmd{ln} (che crea una nuova voce per un file
esistente, con la funzione \func{link}) al filesystem corrente.
-
-\item Quando si cambia nome ad un file senza cambiare filesystem il contenuto
- del file non deve essere spostato, viene semplicemente creata una nuova voce
- per l'\textit{inode} in questione e rimossa la vecchia (questa è la modalità
- in cui opera normalmente il comando \cmd{mv} attraverso la funzione
- \func{rename}).
+
+\item Quando si cambia nome ad un file senza cambiare filesystem, il contenuto
+ del file non viene spostato fisicamente, viene semplicemente creata una
+ nuova voce per l'\textit{inode} in questione e rimossa la vecchia (questa è
+ la modalità in cui opera normalmente il comando \cmd{mv} attraverso la
+ funzione \func{rename}).
\end{enumerate}
Infine è bene avere presente che, essendo file pure loro, esiste un numero di
-riferimenti anche per le directory; per cui se a partire dalla situazione
-mostrata in \curfig\ creiamo una nuova directory \file{img} nella directory
-\file{gapil}: avremo una situazione come quella in \nfig, dove per chiarezza
-abbiamo aggiunto dei numeri di inode.
+riferimenti anche per le directory; per cui, se a partire dalla situazione
+mostrata in \figref{fig:file_filesys_detail} creiamo una nuova directory
+\file{img} nella directory \file{gapil}, avremo una situazione come quella in
+\figref{fig:file_dirs_link}, dove per chiarezza abbiamo aggiunto dei numeri di
+inode.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/dir_links}
- \caption{Organizzazione dei link per le directory}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/dir_links}
+ \caption{Organizzazione dei link per le directory.}
\label{fig:file_dirs_link}
\end{figure}
è referenziata dalla directory da cui si era partiti (in cui è inserita la
nuova voce che fa riferimento a \file{img}) e dalla voce \file{.}
che è sempre inserita in ogni directory; questo vale sempre per ogni directory
-che non contenga a sua volta altre directory. Al contempo la directory da
-cui si era partiti avrà un numero di riferiementi di almeno tre, in quanto
+che non contenga a sua volta altre directory. Al contempo, la directory da
+cui si era partiti avrà un numero di riferimenti di almeno tre, in quanto
adesso sarà referenziata anche dalla voce \file{..} di \file{img}.
Il filesystem standard usato da Linux è il cosiddetto \textit{second extended
filesystem}, identificato dalla sigla \acr{ext2}. Esso supporta tutte le
caratteristiche di un filesystem standard Unix, è in grado di gestire nomi di
-file lunghi (256 caratteri, estendibili a 1012), una dimensione fino a 4~Tb.
+file lunghi (256 caratteri, estendibili a 1012) con una dimensione massima di
+4~Tb.
-Oltre alle caratteristiche standard \acr{ext2} fornisce alcune estensioni che
-non sono presenti sugli altri filesystem Unix, le cui principali sono le
-seguenti:
+Oltre alle caratteristiche standard, \acr{ext2} fornisce alcune estensioni che
+non sono presenti sugli altri filesystem Unix. Le principali sono le seguenti:
\begin{itemize}
\item i \textit{file attributes} consentono di modificare il comportamento del
- kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere settati su file e
+ kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere impostati su file e
directory e in quest'ultimo caso i nuovi file creati nella directory
ereditano i suoi attributi.
\item sono supportate entrambe le semantiche di BSD e SVr4 come opzioni di
con lo stesso identificatore di gruppo della directory che li contiene. La
semantica SVr4 comporta che i file vengono creati con l'identificatore del
gruppo primario del processo, eccetto il caso in cui la directory ha il bit
- di \acr{sgid} settato (per una descrizione dettagliata del significato di
+ di \acr{sgid} impostato (per una descrizione dettagliata del significato di
questi termini si veda \secref{sec:file_access_control}), nel qual caso file
e subdirectory ereditano sia il \acr{gid} che lo \acr{sgid}.
\item l'amministratore può scegliere la dimensione dei blocchi del filesystem
Le directory sono implementate come una linked list con voci di dimensione
variabile. Ciascuna voce della lista contiene il numero di inode, la sua
-lunghezza, il nome del file e la sua lunghezza, secondo lo schema in \curfig;
-in questo modo è possibile implementare nomi per i file anche molto lunghi
-(fino a 1024 caratteri) senza sprecare spazio disco.
+lunghezza, il nome del file e la sua lunghezza, secondo lo schema in
+\figref{fig:file_ext2_dirs}; in questo modo è possibile implementare nomi per
+i file anche molto lunghi (fino a 1024 caratteri) senza sprecare spazio disco.
projects / gapil.git / blobdiff