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-\chapter{I files: l'architettura}
-\label{cha:files_intro}
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-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.
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-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.
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-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.
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-\section{L'organizzazione di files e directories}
-\label{sec:fileintr_organization}
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-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.
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-\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).
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-%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.
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-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.
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-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.
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-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}).
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-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.
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-% 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.
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-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}.
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-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.
-
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-\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} (vedi
-\secref{sec:fileintro_vfs}) 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}
-
-Infatti una delle differenze principali con altri sistemi operativi (come il
-VMS o Windows) è che per Unix tutti i file di dati sono identici e contengono
-un flusso continuo di 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\footnote{con i
- kernel della serie 2.4 è disponibile una forma di accesso diretto ai dischi
- (il \textit{raw access}) attraverso dei device file appositi, che però non
- ha nulla a che fare con questo}.
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-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.
-
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-\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.
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-La prima è l'interfaccia standard di unix, quella che il manuale delle glibc
-chiama interfaccia dei descrittori 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 specificata dall'ANSI 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 come viene implementato l'accesso ai files in
-Linux, come il kernel può gestire diversi tipi di 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 File System} (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 utilizzaerà poi la chiamata alla
-opportune routine del filesystem specifico a cui si fa riferimento. Saranno
-queste a chiamare le funzioni di più basso livello che eseguono le operazioni
-di I/O sul dispositivo fisico, secondo lo schema riportato in \nfig.
-
-\begin{figure}[htb]
- \centering
- \includegraphics[width=5cm]{img/vfs.eps}
- \caption{Schema delle operazioni del VFS}
- \label{fig:fileintro_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
-files; le operazioni sono suddivise su tre tipi di oggetti: filesystem, inode
-e 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 una chiamata alla funzione
-\func{register\_filesystem} passando un'apposita struttura che
-(\var{file\_system\_type}) contiene l'implementazione edl 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 \ref{sec:fileintro_ext2}), inizializzare tutte le
-variabili interne e restituire uno speciale descrittore dei filesystem montati
-al VFS; attraverso quest'ultimo diventa possible 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 filesystem decriptor 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:fileintr_vfs_work}
-
-La funzione più fondamentale 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.
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-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.
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-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{Il filesystem \texttt{ext2}}
-\label{sec:fileintro_ext2}
-
-Il filesystem standard usato da Linux è il cosidetto \textit{second extended
- filesystem}, identificato dalla sigla \texttt{ext2}. Esso supporta tutte le
-caratteristiche di un filesystem standard unix, è in grado di gestire
-filenames lunghi (256 caratteri, estendibili a 1012), una dimensione fino a
-4~Tb.
-
-Oltre alle caratteristiche standard ext2 fornisce alcune estensioni che non
-sono presenti sugli altri filesystem unix. Caratteristiche particolari di ext2
-sono le seguenti''
-
-\begin{itemize}
-\item i \textit{file attributes} consentono di modificare il comportamento del
- kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere settati su file e
- 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 SysV 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 SysV 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 setgid settata (per una descrizione dettagliata del sigificato di questi
- termini si veda \secref{sec:filedir_access_control}), nel qual caso file e
- sottodirectory ereditano sia il group id che il setgid.
-\item l'amministratore può scegliere la dimensione dei blocchi del filesystem
- in fase di creazione, a seconda delle sue esigenze (blocchi più grandi
- peremttono 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 ext2 è stata ispirata a quella del filesystem di BSD, un
-filesystem è composto da un insieme di blocchi, la struttura generale è
-riportata in \nfig; su ciascun gruppo di blocchi contiene una copia delle
-informazioni essenziali del filesystem (superblock e descrittore del
-filesystem) per una maggiore affidabilità e possibilità di recupero in caso di
-corruzione del superblock principale.
-
-\begin{figure}[htb]
- \centering
-
- \caption{Organizzazione logica del \textit{second extented filesystem}.}
- \label{fig:fileintr_ext2_struct}
-\end{figure}
-
-L'utilizzo di raggrupamenti di blocchi ha inoltre degli effetti positivi nelle
-performance dato che viene ridotta la distanza fra i dati e la tabella degli
-inodes.
-
-Le directory sono implementate come una linked list di entrate di dimensione
-variabile. Ciascuna entry contiene il numero di inode, la sua lunghezza, il
-nome del file e la sua lunghezza.
-
-
-
-
-
-
+%% fileintro.tex
+%%
+%% Copyright (C) 2000-2011 Simone Piccardi. Permission is granted to
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+%% 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