-\chapter{I files: l'architettura}
-\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 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
-speciali agendo sui quali i programmi possono leggere, scrivere e compiere
-operazioni direttamente sulle periferiche, usando le stesse funzioni che si
-usano per i normali file di dati.
-
-In questo capitolo forniremo un'introduzione all'architettura della gestione
-dei file, sia nelle sue caratteristiche generiche comuni a tutti gli unix, che
-nelle particolarità che ha la specifica implementazione usata da Linux. Al
-contempo tratteremo l'organizzazione dei file in un sistema unix-like, e le
-varie caratteristiche distintive.
-
-\section{L'organizzazione di files e directories}
-\label{sec:fileintr_organization}
-
-Il primo passo nella trattazione dell'achitettura della gestione dei file in
-un sistema unix-like, è quello dell'esame di come essi vengono organizzati e
-di quale è la struttura che hanno all'interno del sistema.
-
-
-\subsection{La struttura di files e directory}
-\label{sec:fileintr_filedir_struct}
-
-Partiamo allora da come viene strutturata nel sistema la disposizione dei
-file: per potervi accedere il kernel usa una apposita interfaccia che permetta
-di accedere all'informazione tenuta sullo spazio grezzo disponibile sui
-dischi, cioè quello che si chiama un \textit{filesystem}\footnote{useremo per
- brevità questo nome al posto della più prolissa traduzione italiana sistema
- di file}, che descriviremo in dettaglio in \secref{sec:fileintr_vfs}.
-
-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. 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
-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}).
-
-L'organizzazione dei nomi dei file deriva direttamente dall'organizzazione dei
-medesimi nell'albero descritto in precedenza; una directory comunque, come già
-specificato in \secref{sec:fileintr_vfs}, è solo un particolare tipo di file
-che contiene le informazioni che associano un nome al contenuto. Per questo,
-anche se è usuale parlare di ``file in una directory'' in realtà una directory
-contiene solo delle etichette per fare riferimento ai file stessi.
-
-I manuale delle glibc chiama i nomi contenuti nelle directory
-\textsl{componenti} (in inglese \textit{file name components}), noi li
-chiameremo più semplicemente nomi. Un file può essere indicato rispetto alla
-directory corrente semplicemente specificando il nome da essa contenuto. Una
-directory contiene semplicemente un elenco di questi nomi, che possono
-corrispondere a un qualunque oggetto del filesystem, compresa un'altra
-directory; l'albero viene appunto creato inserendo directory in altre
-directory.
-
-Il nome completo di file generico è composto da una serie di questi
-\textsl{componenti} separati da una \texttt{/} (in Linux più \texttt{/}
-consecutive sono considerate equivalenti ad una sola). Il nome completo di un
-file viene usualmente chiamato \textit{pathname}, e anche se il manuale della
-glibc depreca questo nome (poiché genererebbe confusione, dato che con
-\textit{path} si indica anche un insieme di directory su cui effettuare una
-ricerca, come quello in cui si cercano i comandi) l'uso è ormai così comune
-che è senz'altro più chiaro dell'alternativa proposta.
-
-Il processo con cui si associa ad un pathname uno specifico file è chiamato
-risoluzione del nome (\textit{file name resolution} o \textit{pathname
- resolution}). La risoluzione viene fatta esaminando il pathname da destra a
-sinistra e localizzando ogni nome nella directory indicata dal nome
-precedente: ovviamente perché il procedimento funzioni occorre che i nomi
-indicati come directory esistano e siano effettivamente directory, inoltre i
-permessi devono consentire l'accesso.
-
-Se il pathname comincia per \texttt{/} la ricerca parte dalla directory radice
-del processo; questa, a meno di un \textit{chroot} (su cui torneremo in
-seguito, vedi \secref{sec:xxx_chroot}) è la stessa per tutti i processi ed
-equivale alla directory radice dell'albero (come descritto in
-\secref{sec:fileintr_organization}): in questo caso si parla di un pathname
-\textsl{assoluto}. Altrimenti la ricerca parte dalla directory corrente (su
-cui torneremo più avanti in \secref{sec:filedir_work_dir}) ed il pathname è
-detto \textsl{relativo}.
-
-I nomi \texttt{.} e \texttt{..} hanno un significato speciale e vengono
-inseriti in ogni directory, il primo fa riferimento alla directory corrente e
-il secondo alla directory \textsl{genitore} (\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{Il controllo di accesso}
-% \label{sec:fileintr_access_ctrl}
-
-
-\subsection{I tipi di files}
-\label{sec:fileintr_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} e sono
-presenti in tutti i filesystem unix-like utilizzabili con Linux. L'elenco dei
-vari tipi di file definiti dal Virtual File System è riportato in \ntab.
-
-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.
-
-
-\begin{table}[htb]
- \begin{center}
- \begin{tabular}[c]{l l p{7cm}}
- \multicolumn{2}{c}{\textbf{Tipo di file}} & \textbf{Descrizione} \\
- \hline
- \textit{regular file} & \textsl{file normale} &
- 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 \\
- \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 \\
- \textit{block device} & \textsl{dispositivo a blocchi} &
- un file che identifica una periferica ad accesso diretto \\
- \textit{fifo} & \textsl{tubo} &
- un file speciale che identifica una linea di comunicazione software
- (unidirezionale) \\
- \textit{socket} & \textsl{manicotto} &
- 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}
-\end{table}
-
-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 nei programmi si facciano assunzioni sul terminatore della
-riga.
-
-
-\subsection{Le due interfacce ai file}
-\label{sec:fileintr_io_api}
-
-In unix 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.
-
-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}.
-
-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_xxx}).
-
-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
-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.
-
-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 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:fileintr_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.
-
-
-
-\section{L'architettura della gestione dei file}
-\label{sec:fileintro_architecture}
-
-Per capire fino in fondo le proprietà di files e directories in un sistema
-unix ed il funzionamento delle relative funzioni di manipolazione occorre una
-breve introduzione sulla gestione dei medesimo e sugli oggetti su cui è basato
-un filesystem unix. 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 allora come viene implementato l'accesso ai
-files in Linux, come il kernel gestisce i vari filesystem, descrivendo poi in
-maniera un po' più dettagliata il filesystem standard di Linux,
-l'\texttt{ext2}, come esempio di un filesystem unix-like.
-
-
-% 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:fileintr_vfs}.
-
-\subsection{Il \textit{virtual filesystem} di Linux}
-\label{sec:fileintr_vfs}
-
-% Questa sezione riporta informazioni sui dettagli di come il kernel gestisce i
-% files. 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 che il kernel rende disponibile ai programmi in user space
-attraverso la quale vengono manipolati i files; esso provvede un livello di
-indirezione che permette di collegare le operazioni di manipolazione sui files
-alle operazioni di I/O e gestisce l'organizzazione di questi ultimi nei vari
-modi in cui diversi filesystem la 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 ridirigendo la chiamata alla
-opportune routine del filesystem specifico a cui si fa riferimento, saranno
-queste a chiamare le funzioni di piu basso livello che eseguono le operazioni
-di I/O sul dispositivo fisico, secondo lo schema riportato in \nfig.
-
-\begin{figure}[htb]
- \centering
-
- \caption{Schema delle operazioni del VFS}
- \label{fig:fileintro_VFS_scheme}
-\end{figure}
-
-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.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \begin{tabular}[c]{c p{7cm}}
- \textbf{funzione} & \textbf{operazione} \\
- \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. \\
- \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 funzionamento di un filesystem unix}
-\label{sec:fileintr_filesystem}
-
-Come già accennato in \secref{sec:fileintr_organization} Linux (ed ogni unix
-in generale) 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 non entreremo nei dettagli di un filesystem specifico, ma
-daremo una descrizione a grandi linee che si adatta alle caratteristiche
-comuni di un qualunque filesystem standard unix.
-
-Dato un disco lo spazio fisico viene usualmente diviso in partizioni; ogni
-partizione può contenere un filesystem; quest'ultimo è in genere strutturato
-secondo \nfig, con una lista di inodes all'inizio e il resto dello spazio a
-disposizione per i dati e le directory.
-
-\begin{figure}[htb]
- \centering
-
- \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e filesystem}
- \label{fig:fileintr_disk_filesys}
-\end{figure}
-
-Se si va ad esaminare come è strutturata l'informazione all'interno di un
-singolo filesystem (tralasciando le parti connesse alla strutturazione e al
-funzionamento del filesystem stesso come il super-block) avremo una situazione
-del tipo di quella esposta in \nfig.
-\begin{figure}[htb]
- \centering
-
- \caption{Organizzazione di un filesystem}
- \label{fig:fileintr_filesys_detail}
-\end{figure}
-da questa figura si evidenziano alcune caratteristiche su cui è bene porre
-attenzione in quanto sono fondamentali per capire il funzionamento delle
-funzioni che manipolano i file e le directory su cui torneremo fra poco; 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
- \texttt{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{dentries} del kernel di
- cui si parlava in \secref{sec:fileintr_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 \texttt{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}.
-
-\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 \texttt{ln} (che crea una nuova voce per un file
- esistente, con la funzione \texttt{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 \texttt{mv} attraverso la funzione
- \texttt{rename}).
-
-\end{enumerate}
-
-Infine è bene avere presente che essendo file pure loro, esiste un numero di
-riferimenti anche per le directories; per cui se ad esempio a partire dalla
-situazione mostrata in \curfig\ creiamo una nuova directory \texttt{textdir}
-nella directory corrente avremo una situazione come quella in \nfig, dove per
-chiarezza abbiamo aggiunto dei numeri di inode.
-
-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 \texttt{textdir}) e dalla voce \texttt{.}
-che è sempre inserita in ogni directory; questo vale sempre per ogni directory
-che non contenga a sua volta altre directories. Al contempo la directory da
-cui si era partiti avrà un numero di riferiementi di almeno tre, in quanto
-adesso sarà referenziata anche dalla voce \texttt{..} di \texttt{textdir}.
-
-
-\subsection{Le funzioni \texttt{link} e \texttt{unlink}}
-\label{sec:fileintr_link}
-
-Una delle caratteristiche usate quando si opera con i file è quella di poter
-creare dei nomi fittizi (alias o collegamenti) per potersi riferire allo
-stesso file accedendovi da directory diverse. Questo è possibile anche in
-ambiente unix, dove tali collegamenti sono usualmente chiamati \textit{link},
-ma data la struttura del sistema ci sono due metodi sostanzialmente diversi
-per fare questa operazione.
-
-Come si è appena detto l'accesso al contenuto di un file su disco avviene
-attraverso il suo inode, e il nome che si trova in una directory è solo una
-etichetta associata ad un puntatore a detto inode. Questo significa che la
-realizzazione di un link è immediata in quanto uno stesso file può avere tanti
-nomi diversi allo stesso tempo, dati da altrettante diverse associazioni allo
-stesso inode; si noti poi che nessuno di questi nomi viene ad assumere una
-particolare preferenza rispetto agli altri.
-
-Per aggiungere un nome ad un inode si utilizza la funzione \texttt{link}; si
-suole chiamare questo tipo di associazione un collegamento diretto (o
-\textit{hard link}). Il prototipo della funzione e le sue caratteristiche
-principali, come risultano dalla man page, sono le seguenti:
-\begin{prototype}{unistd.h}
-{int link(const char * oldpath, const char * newpath)}
- Crea un nuovo collegamento diretto al file indicato da \texttt{oldpath}
- dandogli nome \texttt{newpath}.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
- di errore. La variabile \texttt{errno} viene settata secondo i seguenti
- codici di errore:
- \begin{errlist}
- \item \texttt{EXDEV} \texttt{oldpath} e \texttt{newpath} non sono sullo
- stesso filesystem.
- \item \texttt{EPERM} il filesystem che contiene \texttt{oldpath} e
- \texttt{newpath} non supporta i link diretti o è una directory.
- \item \texttt{EFAULT} una delle stringhe passate come parametri è fuori
- dello spazio di indirizzi del processo.
- \item \texttt{EACCESS} errore di accesso (mancano i permessi per scrivere o
- per attraversare le directories), vedi \secref{sec:filedir_access_control}
- per i dettagli.
- \item \texttt{ENAMETOOLONG} una dei due pathname è troppo lungo.
- \item \texttt{ENOENT} un componente di \texttt{oldpath} o \texttt{newpath}
- non esiste o è un link simbolico spezzato.
- \item \texttt{ENOTDIR} un componente di \texttt{oldpath} o \texttt{newpath}
- non è una directory.
- \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
- completare l'operazione.
- \item \texttt{EROFS} la directory su cui si vuole inserire il nuovo link è
- su un filesystem montato readonly.
- \item \texttt{EEXIST} un file (o una directory) con quel nome esiste di
- già.
- \item \texttt{EMLINK} ci sono troppi link al file \texttt{oldpath} (il
- numero massimo è specificato dalla variabile \texttt{LINK\_MAX}, vedi
- \secref{sec:xxx_limits}).
- \item \texttt{ELOOP} si incontrati troppi link simbolici nella risoluzione
- di \texttt{oldpath} o \texttt{newpath}.
- \item \texttt{ENOSPC} la directory in cui si vuole creare il link non ha
- spazio per ulteriori voci.
- \item \texttt{EIO} c'è stato un errore di input/output.
- \end{errlist}
-\end{prototype}
-
-La creazione di un nuovo collegamento diretto non copia il contenuto del file,
-ma si limita ad aumentare di uno il numero di referenze al file aggiungendo il
-nuovo nome ai precedenti. Si noti che uno stesso file può essere così
-richiamato in diverse directory.
-
-Per quanto dicevamo in \secref{sec:fileintr_filesystem} la creazione del
-collegamento diretto è possibile solo se entrambi i pathname sono nello stesso
-filesystem; inoltre il filesystem deve supportare i collegamenti diretti (non è
-il caso ad esempio del filesystem \texttt{vfat} di windows).
-
-La funzione opera sui file ordinari, come sugli altri oggetti del filesystem,
-ma solo l'amministratore è in grado di creare un collegamento diretto ad
-un'altra directory, questo lo si fa perché in questo caso è possibile creare
-dei circoli nel filesystem (vedi \secref{sec:fileintr_symlink}) che molti
-programmi non sono in grado di gestire e la cui rimozione diventa estremamente
-complicata (in genere occorre far girare il programma \texttt{fsck} per
-riparare il filesystem); data la sua pericolosità in Linux questa
-caratteristica è stata disabilitata, e la funzione restituisce l'errore
-\texttt{EPERM}.
-
-La rimozione di un file (o più precisamente della voce che lo referenzia) si
-effettua con la funzione \texttt{unlink}; il suo prototipo è il seguente:
-
-\begin{prototype}{unistd.h}{int unlink(const char * pathname)}
- Cancella il nome specificato dal pathname nella relativa directory e
- decrementa il numero di riferimenti nel relativo inode. Nel caso di link
- simbolico cancella il link simbolico; nel caso di socket, fifo o file di
- dispositivo rimuove il nome, ma come per i file i processi che hanno aperto
- uno di questi oggetti possono continuare ad utilizzarlo.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
- qual caso il file non viene toccato. La variabile \texttt{errno} viene
- settata secondo i seguenti codici di errore:
- \begin{errlist}
- \item \texttt{EACCESS} errore di accesso (mancano i permessi per scrivere o
- per attraversare le directories), vedi \secref{sec:filedir_access_control}
- per i dettagli.
- \item \texttt{EISDIR} \texttt{pathname} si riferisce ad una directory
- (valore specifico ritornato da linux che non consente l'uso di
- \texttt{unlink} con le directory, e non conforme allo standard POSIX, che
- prescrive invece l'uso di \texttt{EPERM} in caso l'operazione non sia
- consnetita o il processo non abbia privilegi sufficienti).
- \item \texttt{EFAULT} la stringa
- passata come parametro è fuori dello spazio di indirizzi del processo.
- \item \texttt{ENAMETOOLONG} il pathname troppo lungo.
- \item \texttt{ENOENT} uno dei componenti del pathname non esiste o è un link
- simbolico spezzato.
- \item \texttt{ENOTDIR} uno dei componenti del pathname non è una directory.
- \item \texttt{EISDIR} \texttt{pathname} fa riferimento a una directory.
- \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
- completare l'operazione.
- \item \texttt{EROFS} \texttt{pathname} è su un filesystem montato in sola
- lettura.
- \item \texttt{ELOOP} ci sono troppi link simbolici nella risoluzione del
- pathname.
- \item \texttt{EIO} errore di input/output.
- \end{errlist}
-\end{prototype}
-
-Per cancellare una voce in una directory è necessario avere il permesso di
-scrittura su di essa (dato che si va a rimuovere una voce dal suo contenuto) e
-il diritto di esecuzione sulla directory che la contiene (torneremo in
-dettaglio sui permessi e gli attributi fra poco), se inoltre lo
-\textit{sticky} bit è settato occorrerà anche essere proprietari del file o
-proprietari della directory (o root, per cui nessuna delle restrizioni è
-applicata).
-
-Una delle caratteristiche di queste funzioni è che la creazione/rimozione
-della nome dalla directory e l'incremento/decremento del numero di riferimenti
-nell'inode deve essere una operazione atomica (cioè non interrompibile da
-altri) processi, per questo entrambe queste funzioni sono realizzate tramite
-una singola system call.
-
-Si ricordi infine che il file non viene eliminato dal disco fintanto che tutti
-i riferimenti ad esso sono stati cancellati, solo quando il \textit{link
- count} mantenuto nell'inode diventa zero lo spazio occupato viene rimosso. A
-questo però si aggiunge una altra condizione, e cioè che non ci siano processi
-che abbiano detto file aperto. Come accennato questa proprietà viene spesso
-usata per essere sicuri di non lasciare file temporanei su disco in caso di
-crash dei programmi; la tecnica è quella di aprire il file e chiamare
-\texttt{unlink} subito dopo.
-
-\subsection{Le funzioni \texttt{remove} e \texttt{rename}}
-\label{sec:fileintr_remove}
-
-Al contrario di quanto avviene con altri unix in Linux non è possibile usare
-\texttt{unlink} sulle directory, per cancellare una directory si può usare la
-funzione \texttt{rmdir} (vedi \secref{sec:filedir_dir_creat_rem}), oppure la
-funzione \texttt{remove}. Questa è la funzione prevista dallo standard ANSI C
-per cancellare un file o una directory (e funziona anche per i sistemi che non
-supportano i link diretti), che per i file è identica alla \texttt{unlink} e
-per le directory è identica alla \texttt{rmdir}:
-
-\begin{prototype}{stdio.h}{int remove(const char *pathname)}
- Cancella un nome dal filesystem. Usa \texttt{unlink} per i file e
- \texttt{rmdir} per le directory.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
- qual caso il file non viene toccato. Per i codici di errori vedi quanto
- riportato nella descrizione di \texttt{unlink} e \texttt{rmdir}.
-\end{prototype}
-
-Per cambiare nome ad un file si usa invece la funzione \texttt{rename}, il
-vantaggio nell'uso di questa funzione al posto della chiamata successiva di
-\texttt{unlink} e \texttt{link} è che l'operazione è eseguita atomicamente, in
-questo modo non c'è la possibilità che un processo che cerchi di accedere al
-nuovo nome dopo che il vecchio è stato cambiato lo trovi mancante.
-
-\begin{prototype}{stdio.h}
-{int rename(const char *oldpath, const char *newpath)}
- Rinomina un file, spostandolo fra directory diverse quando richiesto.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, nel
- qual caso il file non viene toccato. La variabile \texttt{errno} viene
- settata secondo i seguenti codici di errore:
- \begin{errlist}
- \item \texttt{EISDIR} \texttt{newpath} è una directory già esistente mentre
- \texttt{oldpath} non è una directory.
- \item \texttt{EXDEV} \texttt{oldpath} e \texttt{newpath} non sono sullo
- stesso filesystem.
- \item \texttt{ENOTEMPTY} \texttt{newpath} è una directory già esistente e
- non vuota.
- \item \texttt{EBUSY} o \texttt{oldpath} o \texttt{newpath} sono in uso da
- parte di qualche processo (come directory di lavoro o come root) o del
- sistema (come mount point).
- \item \texttt{EINVAL} \texttt{newpath} contiene un prefisso di
- \texttt{oldpath} o più in generale si è cercato di creare una directory
- come sottodirectory di se stessa.
- \item \texttt{EMLINK} \texttt{oldpath} ha già il massimo numero di link
- consentiti o è una directory e la directory che contiene \texttt{newpath}
- ha già il massimo numero di link.
- \item \texttt{ENOTDIR} Uno dei componenti dei pathname non è una directory
- o\texttt{oldpath} è una directory e \texttt{newpath} esiste e non è una
- directory.
- \item \texttt{EFAULT} o \texttt{oldpath} o \texttt{newpath} è fuori dello
- spazio di indirizzi del processo.
- \item \texttt{EACCESS} Non c'è il permesso di scrittura per la directory in
- cui si vuole creare il nuovo link o una delle directory del pathname non
- consente la ricerca (permesso di esecuzione).
- \item \texttt{EPERM} le directory contenenti \texttt{oldpath} o
- \texttt{newpath} hanno lo sticky bit attivo e i permessi del processo non
- consentono rispettivamente la cancellazione e la creazione del file, o il
- filesystem non supporta i link.
- \item \texttt{ENAMETOOLONG} uno dei pathname è troppo lungo.
- \item \texttt{ENOENT} Uno dei componenti del pathname non esiste o è un link
- simbolico spezzato.
- \item \texttt{ENOMEM} il kernel non ha a disposizione memoria sufficiente a
- completare l'operazione.
- \item \texttt{EROFS} I file sono su un filesystem montato in sola lettura.
- \item \texttt{ELOOP} Ci sono troppi link simbolici nella risoluzione del
- pathname.
- \item \texttt{ENOSPC} Il device di destinazione non ha più spazio per la
- nuova voce.
- \end{errlist}
-\end{prototype}
-
-\subsection{I link simbolici}
-\label{sec:fileintr_symlink}
-
-Siccome la funzione \texttt{link} crea riferimenti agli inodes, essa può
-funzionare soltanto per file che risiedono sullo stesso filesystem, dato che
-in questo caso è garantita l'unicità dell'inode, e solo per un filesystem di
-tipo unix. Inoltre in Linux non è consentito eseguire un link diretto ad una
-directory.
-
-Per ovviare a queste limitazioni i sistemi unix supportano un'altra forma di
-link (i cosiddetti \textit{soft link} o \textit{symbolic link}), che sono,
-come avviene in altri sistemi operativi, dei file che contengono il
-semplicemente il riferimento ad un altro file (o directory). In questo modo è
-possibile effettuare link anche attraverso filesystem diversi e a directory, e
-pure a file che non esistono ancora.
-
-Il sistema funziona in quanto i link simbolici sono contrassegnati come tali
-al kernel (analogamente a quanto avviene per le directory) per cui la chiamata
-ad una \texttt{open} o una \texttt{stat} su un link simbolico comporta la
-lettura del contenuto del medesimo e l'applicazione della funzione al file
-specificato da quest'ultimo. Invece altre funzioni come quelle per cancellare
-o rinominare i file operano direttamente sul link simbolico. Inoltre esistono
-funzioni apposite, come la \texttt{readlink} e la \texttt{lstat} per accedere
-alle informazioni del link invece che a quelle del file a cui esso fa
-riferimento.
-
-Le funzioni per operare sui link simbolici sono le seguenti, esse sono tutte
-dichiarate nell'header file \texttt{unistd.h}.
-
-\begin{prototype}{unistd.h}
-{int symlink(const char * oldname, const char * newname)}
- Crea un nuovo link simbolico al file indicato da \texttt{oldname} dandogli
- nome \texttt{newname}.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
- di errore. La variabile \texttt{errno} viene settata secondo i codici di
- errore standard di accesso ai files (trattati in dettaglio in
- \secref{sec:filedir_access_control}) ai quali si aggiungono i seguenti:
- \begin{errlist}
- \item \texttt{EEXIST} Un file (o una directory) con quel nome esiste di
- già.
- \item \texttt{EROFS} La directory su cui si vuole inserire il nuovo link è
- su un filesystem montato readonly.
- \item \texttt{ENOSPC} La directory o il filesystem in cui si vuole creare il
- link è piena e non c'è ulteriore spazio disponibile.
- \item \texttt{ELOOP} Ci sono troppi link simbolici nella risoluzione di
- \texttt{oldname} o di \texttt{newname}.
- \end{errlist}
-\end{prototype}
-
-Dato che la funzione \texttt{open} segue i link simbolici, è necessaria usare
-un'altra funzione quando si vuole leggere il contenuto di un link simbolico,
-questa funzione è la:
-
-\begin{prototype}{unistd.h}
-{int readlink(const char * path, char * buff, size\_t size)}
- Legge il contenuto del link simbolico indicato da \texttt{path} nel buffer
- \texttt{buff} di dimensione \texttt{size}. Non chiude la stringa con un
- carattere nullo e la tronca a \texttt{size} nel caso il buffer sia troppo
- piccolo per contenerla.
-
- La funzione restituisce il numero di caratteri letti dentro \texttt{buff} o
- -1 per un errore, in caso di errore. La variabile \texttt{errno} viene
- settata secondo i codici di errore:
- \begin{errlist}
- \item \texttt{EEXIST} Un file (o una directory) con quel nome esiste di
- già.
- \item \texttt{EROFS} La directory su cui si vuole inserire il nuovo link è
- su un filesystem montato readonly.
- \item \texttt{ENOSPC} La directory o il filesystem in cui si vuole creare il
- link è piena e non c'è ulteriore spazio disponibile.
- \item \texttt{ELOOP} Ci sono troppi link simbolici nella risoluzione di
- \texttt{oldname} o di \texttt{newname}.
- \end{errlist}
-\end{prototype}
-
-
+%% fileintro.tex
+%%
+%% Copyright (C) 2000-2011 Simone Piccardi. Permission is granted to
+%% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
+%% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
+%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione",
+%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the
+%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
+%% License".
+%%
+
+%\chapter{L'architettura dei file}
+%\label{cha:file_intro}
+
+% capitolo eliminato, inglobando altrove
+
+% LocalWords: everything is device kernel filesystem sez pathname root glibc
+% LocalWords: path filename bootloader proc name components fifo socket dev LF
+% LocalWords: resolution chroot parent Virtual System like tab cap l'I regular
+% LocalWords: inode symbolic char block VFS VMS Windows dell'I raw access Mac
+% LocalWords: CR dos HFS l'XFS SGI magic number descriptor system call int ext
+% LocalWords: nell'header unistd stream dall'ANSI stdio locking POSIX fig type
+% LocalWords: register superblock dell'inode stat entry cache dcache dentry ln
+% LocalWords: l'inode lookup ops read write llseek ioctl readdir poll nell'I
+% LocalWords: multiplexing mmap fsync fasync seek group dall' dell' img
+% LocalWords: count unlink nell' rename gapil second Tb attributes BSD SVr gid
+% LocalWords: sgid append only log fs linux extented linked list third MacOS
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff