-\chapter{I files: introduzione}
-\label{cha:files_intro}
-
-Uno dei concetti fondamentali della architettura di unix è il cosiddetto
-\textit{everything is a file}, cioè il fatto che l'accesso ai vari dispositivi
-di input/output del computer viene effettuato attraverso un'interfaccia
-astratta che tratta le periferiche allo stesso modo degli usuali file di
-dati.
-
-Questo significa che si può accedere cioè a qualunque periferica del computer,
+\chapter{L'architettura dei file}
+\label{cha:file_intro}
+
+Uno dei concetti fondamentali dell'architettura di un sistema Unix è il
+cosiddetto \textit{everything is a file}, cioè il fatto che l'accesso ai vari
+dispositivi di input/output del computer viene effettuato attraverso
+un'interfaccia astratta che tratta le periferiche allo stesso modo dei normali
+file di dati.
+
+Questo significa che si può accedere a qualunque periferica del computer,
dalla seriale, alla parallela, alla console, e agli stessi dischi attraverso i
-cosiddetti file di dispositivo (i \textit{device files}). Questi sono dei file
+cosiddetti file di dispositivo (i \textit{device file}). Questi sono dei file
speciali agendo sui quali i programmi possono leggere, scrivere e compiere
-operazioni direttamente sulle perferiche, usando le stesse funzioni che si
+operazioni direttamente sulle periferiche, usando le stesse funzioni che si
usano per i normali file di dati.
-In questo capitolo forniremo un'introduzione alle principali caratteristiche
-di questa interfaccia, su come essa viene implementata in linux e su come sono
-organizzati i file nel sistema.
-
-
-\section{I file in un sistema unix-like}
-\label{sec:fileintr_overview}
-
-Visto il ruolo fondamentale che i files vengono ad assumere in un sistema
-unix, è anzitutto opportuno fornire un'introduzione dettagliata su come essi
-vengono trattati dal sistema. In particolare occorre tenere presente dov'è che
-si situa il limite fondamentale fra kernel space e user space che tracciavamo
-al \capref{cha:intro_unix}.
-
-Partiamo allora da come viene strutturata nel sistema la disposizione dei
-file: per potervi accedere il kernel usa una apposita interfaccia che permetta
-di strutturare l'informazione tenuta sullo spazio grezzo disponibile sui
-dischi, cioè quello che si chiama un \textit{filesystem} (useremo per brevità
-questo nome al posto della più prolissa traduzione italiana sistema di file).
-
-Sarà attraverso quest'ultimo che il kernel andrà a gestire l'accesso ai dati
-memorizzati all'interno del disco stesso, strutturando l'informazione in files
-e directory (su questo aspetto torneremo con maggiori dettagli in
-\secref{sec:filedir_filesystem}). Per poter accedere ai file contenuti in un
-disco occorrerà perciò attivare il filesystem, questo viene fatto
-\textsl{montando} il disco (o la partizione del disco).
-
-%In generale un filesystem piazzerà opportunamente sul disco dei blocchi di
-%informazioni riservate che tengono conto degli inodes allocati, di quelli
-%liberi, e delle posizioni fisiche su disco dei dati contenuti nei files, per
-
-In unix, a differenza di quanto avviene in altri sistemi operativi, tutti i
-file vengono tenuti all'interno di un unico albero la cui radice (la directory
-di \textit{root}) viene montata all'avvio. Pertanto un file viene identificato
-dall'utente usando quello che viene chiamato \textit{pathname}, cioè il
-percorso che si deve fare per accedere al file.
-
-Dopo la fase di inizializzazione il kernel riceve dal boot loader
-l'indicazione di quale dispositivo contiene il filesystem da usare come punto
-di partenza e questo viene montato come radice dell'albero (cioè nella
-directory \texttt{/}); tutti gli ulteriori dischi devono poi essere inseriti
-nell'albero utilizzando opportune subdirectory.
-
-Alcuni filesystem speciali (come \texttt{/proc} che contiene un'interfaccia ad
+In questo capitolo forniremo una descrizione dell'architettura dei file in
+Linux, iniziando da una panoramica sulle caratteristiche principali delle
+interfacce con cui i processi accedono ai file (che tratteremo in dettaglio
+nei capitoli seguenti), per poi passare ad una descrizione più dettagliata
+delle modalità con cui detto accesso viene realizzato dal sistema.
+
+
+
+\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
+\textsl{montaggio} del \textit{filesystem}.
+% (approfondiremo tutto ciò in \secref{sec:file_arch_func}).
+
+In questa sezione faremo una panormamica generica su come il sistema presenta
+i file ai processi, trattando l'organizzazione di file e directory, i tipi di
+file ed introducendo le interfacce disponibili e le loro caratteristiche.
+
+
+\subsection{L'organizzazione di file e directory}
+\label{sec:file_organization}
+
+In Unix, a differenza di quanto avviene in altri sistemi operativi, tutti i
+file vengono tenuti all'interno di un unico albero la cui radice (quella che
+viene chiamata \textit{root directory}) viene montata all'avvio. Un file
+viene identificato dall'utente usando quello che viene chiamato
+\textit{pathname}\footnote{il manuale della \acr{glibc} depreca questa
+ nomenclatura, che genererebbe confusione poiché \textit{path} indica anche
+ un insieme di directory su cui effettuare una ricerca (come quello in cui si
+ cercano i comandi). Al suo posto viene proposto l'uso di \textit{filename} e
+ di componente per il nome del file all'interno della directory. Non
+ seguiremo questa scelta dato che l'uso della parola \textit{pathname} è
+ ormai così comune che mantenerne l'uso è senz'altro più chiaro
+ dell'alternativa proposta.}, cioè il percorso che si deve fare per accedere
+al file a partire dalla \textit{root directory}, che è composto da una serie
+di nomi separati da una \file{/}.
+
+All'avvio del sistema, completata la fase di inizializzazione, il kernel
+riceve dal boot loader l'indicazione di quale dispositivo contiene il
+filesystem da usare come punto di partenza e questo viene montato come radice
+dell'albero (cioè nella directory \file{/}); tutti gli ulteriori filesystem
+che possono essere su altri dispositivi dovranno poi essere inseriti
+nell'albero montandoli su opportune directory del filesystem montato come
+radice.
+
+Alcuni filesystem speciali (come \file{/proc} che contiene un'interfaccia ad
alcune strutture interne del kernel) sono generati automaticamente dal kernel
-stesso, ma anche essi devono essere montati all'interno dell'albero.
-
-All'interno dello stesso albero si potranno poi inserire anche gli altri
-oggetti visti attraverso l'interfaccia che manipola i files come le FIFO, i
-link, i socket e gli stessi i file di dispositivo (questi ultimi, per
-convenzione, sono inseriti nella directory \texttt{/dev}).
-
-\subsection{Il \textit{virtual filesystem} di linux}
-\label{sec:fileintr_vfs}
-
-Esamineremo adesso come viene implementato l'accesso ai files in linux. Questa
-sezione riporta informazioni sui dettagli di come il kernel gestisce i files,
-ed è basata sul documento di Richard Goochs distribuito coi sorgenti del
-kernel (\texttt{linux/Documentation/vfs.txt}).
-
-L'argomento è abbastanza ``esoterico'' e questa sezione può essere saltata ad
-una prima lettura; è bene però tenere presente che vengono introdotti qui
-alcuni termini che potranno comparire in seguito, come \textit{inode},
-\textit{dentry}, \textit{dcache}.
-
-In linux il concetto di \textit{everything is a file} è stato implementato
-attraverso il \textit{virtual filesystem} (da qui in avanti VFS) che è
-l'interfaccia astratta che il kernel rende disponibile ai programmi in user
-space attraverso la quale vengono manipolati i files; esso provvede anche
-un'astrazione delle operazioni di manipolazione sui files che permette la
-coesistenza di diversi filesystem all'interno dello stesso albero.
-
-La funzione più importante implementata dal VFS è la system call \texttt{open}
-che permette di aprire un file. Dato un pathname viene eseguita una ricerca
-dentro la \textit{directory entry cache} (in breve \textit{dcache}),
-una tabella di hash che contiene tutte le \textit{directory entry} (in breve
-\textit{dentry}) che permette di associare in maniera rapida ed efficiente il
-pathname a una specifica dentry.
-
-Una singola dentry contiene in genere il puntatore ad un \textit{inode};
-quest'ultimo è la struttura base che sta sul disco e che identifica un singolo
-oggetto del VFS sia esso un file ordinario, una directory, una FIFO, un file
-di dispositivo, o una qualsiasi altra cosa che possa essere rappresentata dal
-VFS (sui tipi di ``files'' possibili torneremo in seguito). A ciascuno di essi
-è associata pure una struttura che sta in memoria, e che oltre alle
-informazioni sullo specifico file contiene pure il riferimento alle funzioni
-(i \textsl{metodi}) da usare per poterlo manipolare.
-
-Le dentries ``vivono'' in memoria e non vengono mai salvate su disco, vengono
-usate per motivi di velocità, gli inodes invece stanno su disco e vengono
-copiati in memoria quando serve, ed ogni cambiamento viene copiato
-all'indietro sul disco, gli inodes che stanno in memoria sono inodes del VFS
-ed è ad essi che puntano le singole dentry.
-
-La dcache costituisce perciò una sorta di vista completa di tutto l'albero dei
-files, ovviamente per non riempire tutta la memoria questa vista è parziale
-(la dcache cioè contiene solo le dentry per i file per i quali è stato
-richiesto l'accesso), quando si vuole risolvere un nuovo pathname il VFS deve
-creare una nuova dentry e caricare l'inode corrispondente in memoria.
-
-Questo procedimento viene eseguito dal metodo \texttt{lookup()} dell'inode
-della directory che contiene il file; questo viene installato nelle relative
-strutture in memoria quando si effettua il montaggio lo specifico filesystem
-su cui l'inode va a vivere.
-
-Una volta che il VFS ha a disposizione la dentry (ed il relativo inode)
-diventa possibile accedere alle varie operazioni sul file come la
-\texttt{open} per aprire il file o la \texttt{stat} per leggere i dati
-dell'inode e passarli in user space.
-
-L'apertura di un file richiede comunque un'altra operazione, l'allocazione di
-una struttura di tipo \texttt{file} in cui viene inserito un puntatore alla
-dentry e una struttura \verb|f_ops| che contiene i puntatori ai metodi che
-implementano le operazioni disponibili sul file. In questo modo i 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:fileunix_fd}). Un elenco delle operazioni
-previste dal kernel è riportato in \ntab.
+stesso, ma anche essi devono essere montati all'interno dell'albero dei file.
+
+Una directory, come vedremo in maggior dettaglio in
+\secref{sec:file_vfs_work}, è anch'essa un file, solo che è un file
+particolare che il kernel riconosce come tale. Il suo scopo è quello di
+contenere una lista di nomi di file e le informazioni che associano ciascun
+nome al contenuto. Dato che questi nomi possono corrispondere ad un qualunque
+oggetto del filesystem, compresa un'altra directory, si ottiene naturalmente
+un'organizzazione ad albero inserendo directory in altre directory.
+
+Un file può essere indicato rispetto alla directory corrente semplicemente
+specificandone il nome\footnote{Il manuale delle \acr{glibc} chiama i nomi
+ contenuti nelle directory \textsl{componenti} (in inglese \textit{file name
+ components}), noi li chiameremo più semplicemente \textit{nomi}.} da essa
+contenuto. All'interno dello stesso albero si potranno poi inserire anche
+tutti gli altri oggetti visti attraverso l'interfaccia che manipola i file
+come le fifo, i link, i socket e gli stessi i file di dispositivo (questi
+ultimi, per convenzione, sono inseriti nella directory \file{/dev}).
+
+Il nome completo di un file viene chiamato \textit{pathname} ed il
+procedimento con cui si individua il file a cui esso fa riferimento è chiamato
+risoluzione del nome (\textit{file name resolution} o \textit{pathname
+ resolution}). La risoluzione viene fatta esaminando il \textit{pathname} da
+sinistra a destra e localizzando ogni nome nella directory indicata dal nome
+precedente usando \file{/} come separatore\footnote{nel caso di nome vuoto, il
+ costrutto \file{//} viene considerato equivalente a \file{/}.}: ovviamente,
+perché il procedimento funzioni, occorre che i nomi indicati come directory
+esistano e siano effettivamente directory, inoltre i permessi (si veda
+\secref{sec:file_access_control}) devono consentire l'accesso all'intero
+\textit{pathname}.
+
+Se il \textit{pathname} comincia per \file{/} la ricerca parte dalla directory
+radice del processo; questa, a meno di un \func{chroot} (su cui torneremo in
+\secref{sec:file_chroot}) è la stessa per tutti i processi ed equivale alla
+directory radice dell'albero dei file: in questo caso si parla di un
+\textsl{pathname assoluto}\index{pathname assoluto}. Altrimenti la ricerca
+parte dalla directory corrente (su cui torneremo in
+\secref{sec:file_work_dir}) ed il pathname è detto \textsl{pathname
+ relativo}\index{pathname relativo}.
+
+I nomi \file{.} e \file{..} hanno un significato speciale e vengono inseriti
+in ogni directory: il primo fa riferimento alla directory corrente e il
+secondo alla directory \textsl{genitrice} (o \textit{parent directory}) cioè
+la directory che contiene il riferimento alla directory corrente; nel caso
+questa sia la directory radice, allora il riferimento è a se stessa.
+
+
+\subsection{I tipi di file}
+\label{sec:file_file_types}
+
+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
+\tabref{tab:file_file_types}.
+
+Si tenga ben presente che questa classificazione non ha nulla a che fare con
+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
\centering
- \begin{tabular}[c]{c p{7cm}}
- \textbf{funzione} & \textbf{operazione} \\
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|p{7cm}|}
\hline
- \textit{open} & apre il file \\
- \textit{read} & legge dal file \\
- \textit{write} & scrive sul file \\
- \textit{llseek} & sposta la posizione corrente sul file \\
- \textit{ioctl} & accede alle operazioni di controllo
- (tramite la \texttt{ioctl})\\
- \textit{readdir} & per leggere il contenuto di una directory \\
- \textit{poll} & \\
- \textit{mmap} & chiamata dalla system call \texttt{mmap}.
- mappa il file in memoria\\
- \textit{release} & chiamata quando l'ultima referenza a un file
- aperto è chiusa\\
- \textit{fsync} & chiamata dalla system call \texttt{fsync} \\
- \textit{fasync} & chiamate da \texttt{fcntl} quando è abilitato
- il modo asincrono per l'I/O su file. \\
+ \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Tipo di file}} & \textbf{Descrizione} \\
\hline
- \end{tabular}
- \caption{Operazioni sui file definite nel VFS.}
- \label{tab:fileintr_file_operations}
-\end{table}
-
-In questo modo per ciascun file diventano utilizzabili una serie di operazioni
-(non è dette che tutte siano disponibili), che costituiscono l'interfaccia
-astratta del VFS, e qualora se ne voglia eseguire una il kernel andrà ad
-utilizzare la opportuna routine dichiarata in \verb|f_ops| appropriata al tipo
-di file in questione.
-
-Così sarà possibile scrivere sulla porta seriale come su un file di dati
-normale; ovviamente certe operazioni (nel caso della seriale ad esempio la
-\textit{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 programmatore.
-
-\subsection{Il controllo di accesso}
-\label{sec:fileintr_access_ctrl}
-
-In unix è implementata da qualunque filesystem standard una forma elementare
-(ma adatta alla maggior parte delle esigenze) di controllo di accesso ai
-files. Torneremo sull'argomento in dettaglio più avanti (vedi
-\secref{sec:filedir_access_control}), qui ci limitiamo ad una introduzione dei
-concetti essenziali.
-
-Si tenga conto poi che quanto diremo è vero solo per filesystem di tipo Unix,
-e non è detto che sia applicabile (ed infatti non è vero per il filesystem di
-Windows) a un filesystem qualunque. Esistono inoltre estensioni che permettono
-di implementare le ACL (\textit{Access Control List}) che sono un meccanismo
-di controllo di accesso molto più sofisticato.
-
-Ad ogni file Unix associa sempre l'utente che ne è proprietario (il cosiddetto
-\textit{owner}) e il gruppo di appartenenza, secondo il meccanismo degli uid e
-gid accennato in \secref{sec:intro_usergroup}, e un insieme di permessi che
-sono divisi in tre classi, e cioè attribuiti rispettivamente al proprietario,
-a qualunque utente faccia parte del gruppo cui appartiene il file, e a tutti
-gli altri utenti.
-
-I permessi sono espressi da un insieme di 12 bit: di questi i nove meno
-significativi sono usati a gruppi di tre per indicare i permessi base di
-lettura, scrittura ed esecuzione (indicati rispettivamente con le lettere
-\textit{w}, \textit{r} \textit{x}) applicabili rispettivamente al
-proprietario, al gruppo, a tutti (una descrizione più dettagliata dei vari
-permessi associati ai file è riportata in \secref{sec:filedir_suid_sgid}). I
-restanti tre bit sono usati per indicare alcune caratteristiche più complesse
-(\textit{suid}, \textit{sgid}, e \textit{sticky}) su cui pure torneremo in
-seguito (vedi \secref{sec:filedir_suid_sgid} e \secref{sec:filedir_stiky}).
-
-Tutte queste informazioni sono tenute per ciascun file nell'inode. Quando un
-processo cerca l'accesso al file esso controlla i propri uid e gid
-confrontandoli con quelli del file e se l'operazione richiesta è compatibile
-con i permessi associati al file essa viene eseguita, altrimenti viene
-bloccata ed è restituito un errore di \texttt{EPERM}. Questo procedimento non
-viene eseguito per l'amministratore di sistema (il cui uid è zero) il quale ha
-pertanto accesso senza restrizione a qualunque file del sistema.
-
-In realtà il procedimento è più complesso di quanto descritto in maniera
-elementare qui; inoltre ad un processo sono associati diversi identificatori,
-torneremo su questo in maggiori dettagli in seguito in \secref{sec:proc_perms}.
-
-\subsection{I tipi di files}
-\label{sec:fileintr_file_types}
-
-Come detto in precedenza esistono vari tipi di oggetti implementati del VFS
-per i quali è disponibile l'interfaccia astratta da esso provveduta. Un elenco
-dei vari tipi di file è il seguente:
-
-\begin{table}[htb]
- \begin{center}
- \begin{tabular}[c]{l l p{7cm}}
- \multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \textbf{Descrizione} \\
\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 inodes \\
+ un file che contiene una lista di nomi associati a degli \textit{inodes}
+ (vedi \secref{sec:file_vfs}). \\
\textit{symbolic link} & \textsl{collegamento simbolico} &
un file che contiene un riferimento ad un altro file/directory \\
\textit{char device} & \textsl{dispositivo a caratteri} &
- un file che identifica una periferica ad accesso sequenziale \\
+ un file che identifica una periferica ad accesso a caratteri \\
\textit{block device} & \textsl{dispositivo a blocchi} &
- un file che identifica una periferica ad accesso diretto \\
- \textit{fifo} & \textsl{tubo} &
+ un file che identifica una periferica ad accesso a blocchi \\
+ \textit{fifo} & \textsl{``coda''} &
un file speciale che identifica una linea di comunicazione software
(unidirezionale) \\
- \textit{socket} & \textsl{manicotto} &
+ \textit{socket} & \textsl{``presa''} &
un file speciale che identifica una linea di comunicazione software
(bidirezionale) \\
\hline
\end{tabular}
\caption{Tipologia dei file definiti nel VFS}
- \label{tab:fileintr_file_types}
- \end{center}
+ \label{tab:file_file_types}
\end{table}
-Tutto ciò non ha ovviamente nulla a che fare con la classificazione sui tipi
-di file (in questo caso file di dati) in base al loro contenuto, o tipo di
-accesso. 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 bytes; 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.
-% (con i kernel
-% della serie 2.4 è disponibile una forma di accesso diretto ai dischi il
-% \textit{raw access} che però non ha nulla a che fare con questo).
-
-Una seconda differenza è nel formato dei file ascii; in Unix la fine riga è
-codificata in maniera diversa da Windows o MacIntosh, 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. Questo può causare alcuni
-problemi qualora si facciano assunzioni sul terminatore della riga.
-
-
-\section{Una panoramica sull'uso dei file}
-\label{sec:fileintr_io_overview}
-
-Per poter accedere al contenuto dei file occorre anzitutto aprirlo. Questo
-crea un canale di comunicazione che permette di eseguire una serie di
-operazioni. Una volta terminate le operazioni, il file dovrà essere chiuso, e
-questo chiuderà il canale di comunicazione impedendo ogni ulteriore
-operazione.
+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
+ dei programmi come \cmd{unix2dos} e \cmd{dos2unix} che effettuano una
+ conversione fra questi due formati di testo.} Questo può causare alcuni
+problemi qualora nei programmi si facciano assunzioni sul terminatore della
+riga.
+
+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}
-\label{sec:fileintr_io_api}
+\label{sec:file_io_api}
+
+In Linux le modalità di accesso ai file e le relative interfacce di
+programmazione sono due, basate su due diversi meccanismi con cui è possibile
+accedere al loro contenuto.
-In unix le modalità di accesso ai file e le relative interfacce di
-programmazione sono due, basate su due diversi meccanismi di connessione.
+La prima è l'interfaccia standard di Unix, quella che il manuale delle
+\acr{glibc} chiama interfaccia dei descrittori di file (o \textit{file
+ descriptor}). È un'interfaccia specifica dei sistemi unix-like e fornisce
+un accesso non bufferizzato; la tratteremo in dettaglio in
+\capref{cha:file_unix_interface}.
-La prima è l'interfaccia standard di unix, quella che il manuale delle glibc
-chiama interfaccia dei descrittore di file (o \textit{file descriptor}). È
-un'interfaccia specifica di unix e provvede un accesso non bufferizzato.
L'interfaccia è primitiva ed essenziale, l'accesso viene detto non
bufferizzato in quanto la lettura e la scrittura vengono eseguite chiamando
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 file descriptors sono rappresentati da numeri interi (cioè
-semplici variabili di tipo \texttt{int}). L'interfaccia è definita
-nell'header \texttt{unistd.h}.
-
-La seconda interfaccia è quella che il manuale della glibc chiama degli
-\textit{stream}, essa provvede funzioni più evolute e un accesso bufferizzato
-(controllato dalla implementazione fatta dalle librerie del C). Questa è
-l'interfaccia standard usata dal linguaggio C e perciò si trova anche su tutti
-i sistemi non Unix. Gli 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 \texttt{FILE *}.
-L'interfaccia è definita nell'header \texttt{stdio.h}.
+dispositivi); i \textit{file descriptor}\index{file descriptor} sono
+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
+\textit{stream}\index{stream}. Essa fornisce funzioni più evolute e un accesso
+bufferizzato (controllato dalla implementazione fatta dalle \acr{glibc}), la
+tratteremo in dettaglio nel \capref{cha:files_std_interface}.
+
+Questa è l'interfaccia standard specificata dall'ANSI C e perciò si trova
+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 \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 (pipes, socket, device), ma per poter accedere alle
-operazioni di controllo sul particolare tipo di oggetto del VFS scelto occorre
-usare l'interfaccia standard di unix coi file descriptors. Allo stesso modo
-devono essere usati i file descriptor se si vuole ricorrere a modalità
-speciali di I/O come il polling o il non-bloccante (vedi
-\secref{sec:file_bohhhhh}).
-
-Gli stream forniscono un'interfaccia di alto livello costruita sopra quella
-dei file descriptor, che tratta tutti i file nello stesso modo, con
-l'eccezione di poter scegliere tra diversi stili di bufferizzazione. Il
-maggior vantaggio degli stream è che l'interfaccia per le operazioni di
-input/output è enormemente più ricca di quella dei file descriptor, che
-provvedono solo funzioni elementari per la lettura/scrittura diretta di
-blocchi di bytes. In particolare gli stream dispongono di tutte le funzioni
-di formattazione per l'input e l'output adatte per manipolare anche i dati in
+altri oggetti del VFS (fifo, socket, device, sui quali torneremo in dettaglio
+a tempo opportuno), ma per poter accedere alle operazioni di controllo
+(descritte in \ref{sec:file_fcntl} e \ref{sec:file_ioctl}) su un qualunque
+tipo di oggetto del VFS occorre usare l'interfaccia standard di Unix con i
+\textit{file descriptor}. Allo stesso modo devono essere usati i \textit{file
+ descriptor} se si vuole ricorrere a modalità speciali di I/O come il polling
+o il non-bloccante (vedi \capref{cha:file_advanced}).
+
+Gli \textit{stream} forniscono un'interfaccia di alto livello costruita sopra
+quella dei \textit{file descriptor}, che permette di poter scegliere tra
+diversi stili di bufferizzazione. Il maggior vantaggio degli \textit{stream}
+è che l'interfaccia per le operazioni di input/output è enormemente più ricca
+di quella dei \textit{file descriptor}, che forniscono solo funzioni
+elementari per la lettura/scrittura diretta di blocchi di byte. In
+particolare gli \textit{stream} dispongono di tutte le funzioni di
+formattazione per l'input e l'output adatte per manipolare anche i dati in
forma di linee o singoli caratteri.
In ogni caso, dato che gli stream sono implementati sopra l'interfaccia
-standard di unix, è sempre possibile estrarre il file descriptor da uno stream
-ed eseguirvi operazioni di basso livello, o associare in un secondo tempo uno
-stream ad un file descriptor.
+standard di Unix, è sempre possibile estrarre il \textit{file descriptor} da
+uno stream ed eseguirvi operazioni di basso livello, o associare in un secondo
+tempo uno \textit{stream} ad un \textit{file descriptor}.
In generale, se non necessitano specificatamente le funzionalità di basso
-livello, è opportuno usare sempre gli stream per la loro maggiore portabilità
-essendo questi ultimi definiti nello standard ANSI C; l'interfaccia con i file
-descriptor invece segue solo lo standard POSIX.1 dei sistemi unix ed è
-pertanto di portabilità più limitata.
-
-\subsection{Caratteristiche specifiche dei file in unix}
-\label{sec:fileint_unix_spec}
-
-Essendo un sistema multitasking e multiutente esistono alcune caratteristiche
-specifiche di Unix che devono essere tenute in conto nell'accesso ai file. È
-infatti normale che più processi o programmi possano accedere
-contemporaneamente allo stesso file e devono poter eseguire le loro operazioni
-indipendentemente da quello che fanno gli altri processi.
-
-Per questo motivo le strutture usate per all'accesso ai file sono relative al
-processo che effettua l'accesso. All'apertura di ogni file infatti viene
-creata all'interno del processo una apposita struttura in cui sono memorizzati
-tutti gli attributi del medesimo, che viene utilizzata per tutte le
-operazioni. Questa è una struttura che resta locale al processo stesso; in
-questo modo processi diversi possono usare le proprie strutture locali per
-accedere ai file (che può essere sempre lo stesso) in maniera assolutamente
-indipendente.
-
-Questo ha delle conseguenze di cui è bene tenere conto; ad esempio in tutti i
-sistemi POSIX uno degli attributi di un file aperto è la posizione corrente nel
-file, cioè il punto nel file in cui verrebbe letto o scritto alla operazione
-successiva. Essa è rappresentata da un numero intero che indica il numero di
-bytes dall'inizio del file, che viene (a meno che non si apra il file in
-append) inizializzato a zero all'apertura del medesimo.
-
-Questo è uno dei dati che viene mantenuto nella suddetta struttura, per cui
-ogni processo avrà la sua posizione corrente nel file, che non sarà
-influenzata da quello che altri processi possono fare. Anzi, aprire un file
-significa appunto creare ed inizializzare una tale struttura, per cui se si
-apre due volte lo stesso file all'interno dello stesso processo, si otterrano
-due file descriptor o due stream che avranno ancora una posizione corrente nel
-file assolutamente indipendente.
-
-Si tenga conto inoltre che un'altro dei dati contenuti nella struttura di
-accesso è un riferimento all'inode del file, pertanto anche se il file viene
-cancellato da un altro processo, sarà sempre possibile mantenere l'accesso ai
-dati, e lo spazio su disco non verrà rilasciato fintanto che il file non sarà
-chiuso e l'ultimo riferimento cancellato. È pertanto possibile (come vedremo
-in dettaglio in \secref{sec:filedir_link}) aprire un file provvisorio per
-cancellarlo immediatamente dopo; in questo modo all'uscita del programma il
-file scomparirà definitivamente dal disco, ma il file ed il suo contenuto
-saranno disponibili per tutto il tempo in cui il processo è attivo.
-
-Ritorneremo su questo più avanti, quando tratteremo l'input/output sui file,
-esaminando in dettaglio come tutto ciò viene realizzato.
-
-Si ricordi infine che in unix non esistono i tipi di file e che non c'è nessun
-supporto per le estensioni come parte del filesystem. Ciò non ostante molti
-programmi adottano delle convenzioni per i nomi dei file, ad esempio il codice
-C normalmente si mette in file con l'estensione .c, ma questa è, appunto, solo
-una convenzione.
+livello, è opportuno usare sempre gli \textit{stream} per la loro maggiore
+portabilità, essendo questi ultimi definiti nello standard ANSI C;
+l'interfaccia con i \textit{file descriptor} infatti segue solo lo standard
+POSIX.1 dei sistemi Unix, ed è pertanto di portabilità più limitata.
+
+
+% \subsection{Caratteristiche specifiche dei file in Unix}
+% \label{sec:fileint_unix_spec}
+
+% Essendo un sistema multitasking e multiutente esistono alcune caratteristiche
+% specifiche di un sistema unix-like che devono essere tenute in conto
+% nell'accesso ai file. È infatti normale che più processi o programmi possano
+% accedere contemporaneamente allo stesso file e devono poter eseguire le loro
+% operazioni indipendentemente da quello che fanno gli altri processi.
+
+% Per questo motivo le strutture usate per all'accesso ai file sono relative al
+% processo che effettua l'accesso. All'apertura di ogni file infatti viene
+% creata all'interno del processo una apposita struttura in cui sono memorizzati
+% tutti gli attributi del medesimo, che viene utilizzata per tutte le
+% operazioni. Questa è una struttura che resta locale al processo stesso; in
+% questo modo processi diversi possono usare le proprie strutture locali per
+% accedere ai file (che può essere sempre lo stesso) in maniera assolutamente
+% indipendente.
+
+% Questo ha delle conseguenze di cui è bene tenere conto; ad esempio in tutti i
+% sistemi POSIX uno degli attributi di un file aperto è la posizione corrente nel
+% file, cioè il punto nel file in cui verrebbe letto o scritto alla operazione
+% successiva. Essa è rappresentata da un numero intero che indica il numero di
+% byte dall'inizio del file, che viene (a meno che non si apra il file in
+% append) inizializzato a zero all'apertura del medesimo.
+
+% Questo è uno dei dati che viene mantenuto nella suddetta struttura, per cui
+% ogni processo avrà la sua posizione corrente nel file, che non sarà
+% influenzata da quello che altri processi possono fare. Anzi, aprire un file
+% significa appunto creare ed inizializzare una tale struttura, per cui se si
+% apre due volte lo stesso file all'interno dello stesso processo, si otterranno
+% due file descriptor o due stream che avranno ancora una posizione corrente nel
+% file assolutamente indipendente.
+
+% Si tenga conto inoltre che un'altro dei dati contenuti nella struttura di
+% accesso è un riferimento all'inode del file, pertanto anche se il file viene
+% cancellato da un altro processo, sarà sempre possibile mantenere l'accesso ai
+% dati, e lo spazio su disco non verrà rilasciato fintanto che il file non sarà
+% chiuso e l'ultimo riferimento cancellato. È pertanto possibile (come vedremo
+% in dettaglio in \secref{sec:file_link}) aprire un file provvisorio per
+% cancellarlo immediatamente dopo; in questo modo all'uscita del programma il
+% file scomparirà definitivamente dal disco, ma il file ed il suo contenuto
+% saranno disponibili per tutto il tempo in cui il processo è attivo.
+
+% Ritorneremo su questo più avanti in \secref{sec:file_fd}, quando tratteremo
+% l'input/output sui file, esaminando in dettaglio come tutto ciò viene
+% realizzato.
+
+
+\section{L'architettura della gestione dei file}
+\label{sec:file_arch_func}
+
+Per capire fino in fondo le proprietà di file e directory in un sistema
+unix-like ed il comportamento delle relative funzioni di manipolazione occorre
+una breve introduzione al funzionamento gestione dei file da parte del kernel
+e sugli oggetti su cui è basato un filesystem. In particolare occorre tenere
+presente dov'è che si situa la divisione fondamentale fra kernel space e user
+space che tracciavamo al \capref{cha:intro_unix}.
+
+In questa sezione esamineremo come viene implementato l'accesso ai file in
+Linux, come il kernel può gestire diversi tipi di filesystem, descrivendo
+prima le caratteristiche generali di un filesystem di un sistema unix-like,
+per poi trattare in maniera un po' più dettagliata il filesystem standard di
+Linux, l'\acr{ext2}.
+
+% in particolare si riprenderà, approfondendolo sul piano dell'uso nelle
+% funzioni di libreria, il concetto di \textit{inode} di cui abbiamo brevemente
+% accennato le caratteristiche (dal lato dell'implementazione nel kernel) in
+% \secref{sec:file_vfs}.
+
+
+\subsection{Il \textit{Virtual Filesystem} di Linux}
+\label{sec:file_vfs}
+
+% Questa sezione riporta informazioni sui dettagli di come il kernel gestisce i
+% file. L'argomento è abbastanza ``esoterico'' e questa sezione può essere
+% saltata ad una prima lettura; è bene però tenere presente che vengono
+% introdotti qui alcuni termini che potranno comparire in seguito, come
+% \textit{inode}, \textit{dentry}, \textit{dcache}.
+
+In Linux il concetto di \textit{everything is a file} è stato implementato
+attraverso il \textit{Virtual Filesystem} (da qui in avanti VFS) che è uno
+strato intermedio che il kernel usa per accedere ai più svariati filesystem
+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 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
+chiama sempre una funzione implementata nel VFS; la funzione eseguirà le
+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
+\figref{fig:file_VFS_scheme}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=7cm]{img/vfs}
+ \caption{Schema delle operazioni del VFS.}
+ \label{fig:file_VFS_scheme}
+\end{figure}
+
+Il VFS definisce un insieme di funzioni che tutti i filesystem devono
+implementare. L'interfaccia comprende tutte le funzioni che riguardano i file;
+le operazioni sono suddivise su tre tipi di oggetti: \textit{filesystem},
+\textit{inode} e \textit{file}, corrispondenti a tre apposite strutture
+definite nel kernel.
+
+Il VFS usa una tabella mantenuta dal kernel che contiene il nome di ciascun
+filesystem supportato: quando si vuole inserire il supporto di un nuovo
+filesystem tutto quello che occorre è chiamare la funzione
+\code{register\_filesystem} passandole un'apposita struttura
+(\var{file\_system\_type}) che contiene i dettagli per il riferimento
+all'implementazione del medesimo, che sarà aggiunta alla citata tabella.
+
+In questo modo quando viene effettuata la richiesta di montare un nuovo disco
+(o qualunque altro \textit{block device} che può contenere un filesystem), il
+VFS può ricavare dalla citata tabella il puntatore alle funzioni da chiamare
+nelle operazioni di montaggio. Quest'ultima è responsabile di leggere da disco
+il superblock (vedi \secref{sec:file_ext2}), inizializzare tutte le variabili
+interne e restituire uno speciale descrittore dei filesystem montati al VFS;
+attraverso quest'ultimo diventa possibile accedere alle routine specifiche per
+l'uso di quel filesystem.
+
+Il primo oggetto usato dal VFS è il descrittore di filesystem, un puntatore ad
+una apposita struttura che contiene vari dati come le informazioni comuni ad
+ogni filesystem, i dati privati relativi a quel filesystem specifico, e i
+puntatori alle funzioni del kernel relative al filesystem. Il VFS può così
+usare le funzioni contenute nel \textit{filesystem descriptor} per accedere
+alle routine specifiche di quel filesystem.
+
+Gli altri due descrittori usati dal VFS sono relativi agli altri due oggetti
+su cui è strutturata l'interfaccia. Ciascuno di essi contiene le informazioni
+relative al file in uso, insieme ai puntatori alle funzioni dello specifico
+filesystem usate per l'accesso dal VFS; in particolare il descrittore
+dell'inode contiene i puntatori alle funzioni che possono essere usate su
+qualunque file (come \func{link}, \func{stat} e \func{open}), mentre il
+descrittore di file contiene i puntatori alle funzioni che vengono usate sui
+file già aperti.
+
+
+\subsection{Il funzionamento del VFS}
+\label{sec:file_vfs_work}
+
+La funzione più importante implementata dal VFS è la system call \func{open}
+che permette di aprire un file. Dato un pathname viene eseguita una ricerca
+dentro la \textit{directory entry cache} (in breve \textit{dcache}), una
+tabella che contiene tutte le \textit{directory entry} (in breve
+\textit{dentry}) che permette di associare in maniera rapida ed efficiente il
+pathname a una specifica \textit{dentry}.
+
+Una singola \textit{dentry} contiene in genere il puntatore ad un
+\textit{inode}; quest'ultimo è la struttura base che sta sul disco e che
+identifica un singolo oggetto del VFS sia esso un file ordinario, una
+directory, un link simbolico, una FIFO, un file di dispositivo, o una
+qualsiasi altra cosa che possa essere rappresentata dal VFS (i tipi di
+``file'' riportati in \tabref{tab:file_file_types}). A ciascuno di essi è
+associata pure una struttura che sta in memoria, e che, oltre alle
+informazioni sullo specifico file, contiene anche il riferimento alle funzioni
+(i \textsl{metodi} del VFS) da usare per poterlo manipolare.
+
+Le \textit{dentry} ``vivono'' in memoria e non vengono mai salvate su disco,
+vengono usate per motivi di velocità, gli \textit{inode} invece stanno su
+disco e vengono copiati in memoria quando serve, ed ogni cambiamento viene
+copiato all'indietro sul disco, gli inode che stanno in memoria sono inode del
+VFS ed è ad essi che puntano le singole \textit{dentry}.
+
+La \textit{dcache} costituisce perciò una sorta di vista completa di tutto
+l'albero dei file, ovviamente per non riempire tutta la memoria questa vista è
+parziale (la \textit{dcache} cioè contiene solo le \textit{dentry} per i file
+per i quali è stato richiesto l'accesso), quando si vuole risolvere un nuovo
+pathname il VFS deve creare una nuova \textit{dentry} e caricare l'inode
+corrispondente in memoria.
+
+Questo procedimento viene eseguito dal metodo \code{lookup()} dell'inode
+della directory che contiene il file; questo viene installato nelle relative
+strutture in memoria quando si effettua il montaggio lo specifico filesystem
+su cui l'inode va a vivere.
+
+Una volta che il VFS ha a disposizione la \textit{dentry} (ed il relativo
+\textit{inode}) diventa possibile accedere alle varie operazioni sul file come
+la \func{open} per aprire il file o la \func{stat} per leggere i dati
+dell'inode e passarli in user space.
+
+L'apertura di un file richiede comunque un'altra operazione, l'allocazione di
+una struttura di tipo \var{file} in cui viene inserito un puntatore alla
+\textit{dentry} e una struttura \var{f\_ops} che contiene i puntatori ai
+metodi che implementano le operazioni disponibili sul file. In questo modo i
+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
+\tabref{tab:file_file_operations}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Funzione} & \textbf{Operazione} \\
+ \hline
+ \hline
+ \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
+ (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}} & 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.}
+ \label{tab:file_file_operations}
+\end{table}
+
+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 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 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
+programmatore.
+
+
+\subsection{Il funzionamento di un filesystem Unix}
+\label{sec:file_filesystem}
+
+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
+diversi, ognuno dei quali ha una sua particolare struttura e funzionalità
+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 \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=14cm]{img/disk_struct}
+ \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e
+ filesystem.}
+ \label{fig:file_disk_filesys}
+\end{figure}
+
+Se si va ad esaminare con maggiore dettaglio la strutturazione
+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
+\figref{fig:file_filesys_detail}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/filesys_struct}
+ \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem.}
+ \label{fig:file_filesys_detail}
+\end{figure}
+
+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}
+
+\item L'\textit{inode} contiene tutte le informazioni riguardanti il file: il
+ tipo di file, i permessi di accesso, le dimensioni, i puntatori ai blocchi
+ 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} (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 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 \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=14cm]{img/dir_links}
+ \caption{Organizzazione dei link per le directory.}
+ \label{fig:file_dirs_link}
+\end{figure}
+
+La nuova directory avrà allora un numero di riferimenti pari a due, in quanto
+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 riferimenti di almeno tre, in quanto
+adesso sarà referenziata anche dalla voce \file{..} di \file{img}.
+
+
+\subsection{Il filesystem \textsl{ext2}}
+\label{sec:file_ext2}
+
+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) 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 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 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
+ montaggio. La semantica BSD comporta che i file in una directory sono creati
+ 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} 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
+ in fase di creazione, a seconda delle sue esigenze (blocchi più grandi
+ permettono un accesso più veloce, ma sprecano più spazio disco).
+\item il filesystem implementa link simbolici veloci, in cui il nome del file
+ non è salvato su un blocco, ma tenuto all'interno dell'inode (evitando
+ letture multiple e spreco di spazio), non tutti i nomi però possono essere
+ gestiti così per limiti di spazio (il limite è 60 caratteri).
+\item vengono supportati i file immutabili (che possono solo essere letti) per
+ la protezione di file di configurazione sensibili, o file
+ \textit{append-only} che possono essere aperti in scrittura solo per
+ aggiungere dati (caratteristica utilizzabile per la protezione dei file di
+ log).
+\end{itemize}
+
+La struttura di \acr{ext2} è stata ispirata a quella del filesystem di BSD:
+un filesystem è composto da un insieme di blocchi, la struttura generale è
+quella riportata in \figref{fig:file_filesys_detail}, in cui la partizione
+è divisa in gruppi di blocchi.
+
+Ciascun gruppo di blocchi contiene una copia delle informazioni essenziali del
+filesystem (superblock e descrittore del filesystem sono quindi ridondati) per
+una maggiore affidabilità e possibilità di recupero in caso di corruzione del
+superblock principale.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=9cm]{img/dir_struct}
+ \caption{Struttura delle directory nel \textit{second extented filesystem}.}
+ \label{fig:file_ext2_dirs}
+\end{figure}
+
+L'utilizzo di raggruppamenti di blocchi ha inoltre degli effetti positivi nelle
+prestazioni dato che viene ridotta la distanza fra i dati e la tabella degli
+inode.
+
+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
+\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.
+
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff