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\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
+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,
+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 file}). 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.
+cosiddetti \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (i cosiddetti
+\textit{device file}). 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 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.
+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
+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 sez.~\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
+In questa sezione faremo una panoramica 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}
+\itindbeg{pathname}
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{anche se il manuale della \acr{glibc} depreca
- questa nomenclatura, 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) 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, comletata 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.
+\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 bootloader 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 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
+sez.~\ref{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'organizzazione ad albero inserendo nomi di 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
+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}).
+ components}), noi li chiameremo più semplicemente \textsl{nomi} o
+ \textsl{voci}.} 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
+\index{file!di~dispositivo} 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
+procedimento con cui si individua il file a cui esso fa riferimento è chiamato
+risoluzione del nome (\textit{filename 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.
-
-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.
+precedente usando il carattere ``\texttt{/}'' 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 sez.~\ref{sec:file_access_control}) devono consentire
+l'accesso all'intero \textit{pathname}.
+
+Se il \textit{pathname} comincia con il carattere ``\texttt{/}'' la ricerca
+parte dalla directory radice del processo; questa, a meno di un \func{chroot}
+(su cui torneremo in sez.~\ref{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} \itindsub{pathname}{assoluto}.
+Altrimenti la ricerca parte dalla directory corrente (su cui torneremo in
+sez.~\ref{sec:file_work_dir}) ed il pathname è detto
+\itindsub{pathname}{relativo} \textsl{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 la directory corrente coincida con la directory radice, allora il
+riferimento è a se stessa.
+
+\itindend{pathname}
\subsection{I tipi di file}
\label{sec:file_file_types}
-Come detto in precedenza in Unix esistono vari tipi di file, in Linux questi
+Come detto in precedenza, in Unix esistono vari tipi di file; in Linux questi
sono implementati come oggetti del \textit{Virtual File System} (vedi
-\secref{sec:file_vfs_work}) e sono presenti in tutti i filesystem unix-like
+sez.~\ref{sec:file_vfs_work}) e sono presenti in tutti i filesystem unix-like
utilizzabili con Linux. L'elenco dei vari tipi di file definiti dal
-\textit{Virtual File System}\index{Virtual File System} è riportato in \ntab.
+\itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} è riportato in
+tab.~\ref{tab:file_file_types}.
Si tenga ben presente che questa classificazione non ha nulla a che fare con
-la classificazione sui tipi di file (che in questo caso sono sempre file di
-dati) in base al loro contenuto, o tipo di accesso.
+la classificazione dei file (che in questo caso sono sempre file di dati) in
+base al loro contenuto, o tipo di accesso. Essa riguarda invece il tipo di
+oggetti; in particolare è da notare la presenza dei cosiddetti file speciali.
+Alcuni di essi, come le \textit{fifo} (che tratteremo in
+sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}) ed i \textit{socket} (che tratteremo in
+cap.~\ref{cha:socket_intro}) non sono altro che dei riferimenti per utilizzare
+delle funzionalità di comunicazione fornite dal kernel. Gli altri sono i
+\index{file!di~dispositivo} \textsl{file di dispositivo} (o \textit{device
+ file}) che costituiscono una interfaccia diretta per leggere e scrivere sui
+dispositivi fisici; essi vengono suddivisi in due grandi categorie, \textsl{a
+ blocchi} e \textsl{a caratteri} a seconda delle modalità in cui il
+dispositivo sottostante effettua le operazioni di I/O.\footnote{in sostanza i
+ dispositivi a blocchi (ad esempio i dischi) corrispondono a periferiche per
+ le quali è richiesto che l'I/O venga effettuato per blocchi di dati di
+ dimensioni fissate (ad esempio le dimensioni di un settore), mentre nei
+ dispositivi a caratteri l'I/O viene effettuato senza nessuna particolare
+ struttura.}
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Tipo di file}} & \textbf{Descrizione} \\
\hline
\hline
- \textit{regular file} & \textsl{file normale} &
- un file che contiene dei dati (l'accezione normale di file) \\
+ \textit{regular file} & \textsl{file regolare} &
+ Un file che contiene dei dati (l'accezione normale di file).\\
\textit{directory} & \textsl{cartella o direttorio} &
- un file che contiene una lista di nomi associati a degli \textit{inodes}
- (vedi \secref{sec:file_vfs}). \\
+ Un file che contiene una lista di nomi associati a degli
+ \index{inode} \textit{inode} (vedi sez.~\ref{sec:file_vfs}).\\
\textit{symbolic link} & \textsl{collegamento simbolico} &
- un file che contiene un riferimento ad un altro file/directory \\
+ 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 speciale che identifica una linea di comunicazione software
- (unidirezionale) \\
- \textit{socket} & \textsl{``spina''} &
- un file speciale che identifica una linea di comunicazione software
- (bidirezionale) \\
+ 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 (vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}).\\
+ \textit{socket} & ``\textsl{presa}''&
+ Un file speciale che identifica una linea di comunicazione software
+ bidirezionale (vedi cap.~\ref{cha:socket_intro}).\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Tipologia dei file definiti nel VFS}
\label{tab:file_file_types}
\end{table}
-Infatti una delle differenze principali con altri sistemi operativi (come il
-VMS o Windows) è che per Unix tutti i file di dati sono identici e contengono
-un flusso continuo di byte. Non esiste cioè differenza per come vengono visti
-dal sistema file di diverso contenuto o formato (come nel caso di quella fra
-file di testo e binari che c'è in Windows) né c'è una strutturazione a record
-per il cosiddetto ``accesso diretto'' come nel caso del VMS\footnote{con i
- kernel della serie 2.4 è disponibile 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}.
-
-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. Questo può causare alcuni
-problemi qualora nei programmi si facciano assunzioni sul terminatore della
-riga.
-
-Si ricordi infine che in ambiente Unix non esistono tipizzazioni dei file di
-dati e che non c'è nessun supporto del sistema per le estensioni come parte
-del filesystem. Ciò non ostante molti programmi adottano delle convenzioni per
+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 ``\textsl{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
+ \index{file!di~dispositivo} 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 ed
+ in sostanziale disuso.}
+
+Una seconda differenza è nel formato dei file di testo: in Unix la fine riga è
+codificata in maniera diversa da Windows o dal vecchio MacOS, in particolare
+il fine riga è il carattere \texttt{LF} (o \verb|\n|) al posto del \texttt{CR}
+(\verb|\r|) del vecchio MacOS 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 esiste la possibilità di
+ associare delle risorse ai file con gli \textit{extended attributes} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_xattr}), 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}, ma questa è, per quanto usata ed accettata in maniera
-universale, solo una convenzione.
-
+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: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
+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.
-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 provvede
+La prima è l'interfaccia standard di Unix, quella che il manuale delle
+\textsl{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}.
+cap.~\ref{cha:file_unix_interface}.
-L'interfaccia è primitiva ed essenziale, l'accesso viene detto non
+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
+direttamente le system call del kernel (in realtà il kernel effettua al suo
interno alcune bufferizzazioni per aumentare l'efficienza nell'accesso ai
-dispositivi); i \textit{file descriptor}\index{file descriptor} sono
-rappresentati da numeri interi (cioè semplici variabili di tipo \type{int}).
-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 provvede 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 \type{FILE *}. L'interfaccia è definita nell'header \type{stdio.h}.
+dispositivi); i \index{file!descriptor} \textit{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
+\index{file!stream} \textit{stream}.\footnote{in realtà una interfaccia con lo
+ stesso nome è stata introdotta a livello di kernel negli Unix derivati da
+ \textit{System V}, come strato di astrazione per file e socket; in Linux
+ questa interfaccia, che comunque ha avuto poco successo, non esiste, per cui
+ facendo riferimento agli \index{file!stream} \textit{stream} useremo il
+ significato adottato dal manuale delle \acr{glibc}.} Essa fornisce funzioni
+più evolute e un accesso bufferizzato (controllato dalla implementazione fatta
+dalle \acr{glibc}), la tratteremo in dettaglio nel
+cap.~\ref{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 \index{file!stream} \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 (pipe, socket, device, sui quali torneremo in dettaglio
-a tempo opportuno), ma per poter accedere alle operazioni di controllo su un
-qualunque tipo di oggetto del VFS occorre usare l'interfaccia standard di Unix
-coi \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}).
+altri oggetti del VFS (fifo, socket, dispositivi, sui quali torneremo in
+dettaglio a tempo opportuno), ma per poter accedere alle operazioni di
+controllo (descritte in sez.~\ref{sec:file_fcntl} e sez.~\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
+\index{file!descriptor} \textit{file descriptor} se si vuole ricorrere a
+modalità speciali di I/O come il \index{file!locking} \textit{file locking} o
+l'I/O non-bloccante (vedi cap.~\ref{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 provvedono solo funzioni
+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.
+particolare gli \index{file!stream} \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 \textit{file descriptor} da
+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 \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.
+tempo uno \index{file!stream} \textit{stream} ad un \index{file!descriptor}
+\textit{file descriptor}.
+
+In generale, se non necessitano specificatamente le funzionalità di basso
+livello, è opportuno usare sempre gli \index{file!stream} \textit{stream} per
+la loro maggiore portabilità, essendo questi ultimi definiti nello standard
+ANSI C; l'interfaccia con i \index{file!descriptor} \textit{file descriptor}
+infatti segue solo lo standard POSIX.1 dei sistemi Unix, ed è pertanto di
+portabilità più limitata.
+
\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
+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}.
+per poi trattare in maniera un po' più dettagliata il filesystem più usato con
+Linux, l'\acr{ext2} (e derivati).
-% 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}
+\subsection{Il \textit{Virtual File System} 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}.
+% articolo interessante:
+% http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-virtual-filesystem-switch/index.html?ca=dgr-lnxw97Linux-VFSdth-LXdW&S_TACT=105AGX59&S_CMP=GRlnxw97
+
+\itindbeg{Virtual~File~System}
-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 provvede
+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 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 diversi filesystem le effettuano,
+queste ultime nei vari modi in cui i diversi filesystem le effettuano,
permettendo la coesistenza di filesystem differenti all'interno dello stesso
albero delle directory.
-Quando un processo esegue una system call che opera su un file il kernel
-chiama sempre una funzione implementata nel VFS; la funzione eseguirà le
-manipolazioni sulle strutture generiche e utilizzerà 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.
+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 funzioni 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
+fig.~\ref{fig:file_VFS_scheme}.
\begin{figure}[htb]
\centering
\includegraphics[width=7cm]{img/vfs}
- \caption{Schema delle operazioni del VFS}
+ \caption{Schema delle operazioni del VFS.}
\label{fig:file_VFS_scheme}
\end{figure}
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.
+\index{inode} \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
+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.
+\code{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
+(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 sez.~\ref{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
+attraverso quest'ultimo diventa possibile accedere alle funzioni specifiche per
l'uso di quel filesystem.
-Il primo oggetto usato dal VFS è il descrittore di filesystem, un puntatore ad
+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
+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.
+alle funzioni 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
+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.
+\index{inode} 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}
+\subsection{Il funzionamento del \textit{Virtual File System}}
\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}.
+La funzione più importante implementata dal VFS è la system call \func{open}
+che permette di aprire un file. Dato un \itindex{pathname} \textit{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 \textit{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.
+\index{inode} \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
+\index{file!di~dispositivo} dispositivo, o una qualsiasi altra cosa che possa
+essere rappresentata dal VFS (i tipi di file riportati in
+tab.~\ref{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.
+vengono usate per motivi di velocità, gli \index{inode} \textit{inode} invece
+stanno su disco e vengono copiati in memoria quando serve, ed ogni cambiamento
+viene copiato all'indietro sul disco (aggiornando i cosiddetti
+\textsl{metadati} del file), gli \index{inode} inode che stanno in memoria
+sono \index{inode} 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
+\itindex{pathname} \textit{pathname} il VFS deve creare una nuova
+\textit{dentry} e caricare \index{inode} l'inode corrispondente in memoria.
+
+Questo procedimento viene eseguito dal metodo \code{lookup()} \index{inode}
+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.
+\index{inode} 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
+una struttura di tipo \struct{file} in cui viene inserito un puntatore alla
+\textit{dentry} e una struttura \struct{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 \ntab.
+(su questo torneremo in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_fd}). Un elenco delle
+operazioni previste dal kernel è riportato in
+tab.~\ref{tab:file_file_operations}.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
\hline
\textbf{Funzione} & \textbf{Operazione} \\
\hline
\hline
- \textsl{\code{open}} & apre il file \\
- \textsl{\code{read}} & legge dal file \\
- \textsl{\code{write}} & scrive sul file \\
- \textsl{\code{llseek}} & sposta la posizione corrente sul file \\
- \textsl{\code{ioctl}} & accede alle operazioni di controllo
- (tramite la \func{ioctl})\\
- \textsl{\code{readdir}}& per leggere il contenuto di una directory \\
- \textsl{\code{poll}} & \\
- \textsl{\code{mmap}} & chiamata dalla system call \func{mmap}.
- mappa il file in memoria\\
- \textsl{\code{release}}& chiamata quando l'ultima referenza a un file
- aperto è chiusa\\
- \textsl{\code{fsync}} & chiamata dalla system call \func{fsync} \\
- \textsl{\code{fasync}} & chiamate da \func{fcntl} quando è abilitato
- il modo asincrono per l'I/O su file. \\
+ \textsl{\code{open}} & Apre il file (vedi sez.~\ref{sec:file_open}).\\
+ \textsl{\code{read}} & Legge dal file (vedi sez.~\ref{sec:file_read}).\\
+ \textsl{\code{write}} & Scrive sul file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_write}).\\
+ \textsl{\code{llseek}} & Sposta la posizione corrente sul file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_lseek}).\\
+ \textsl{\code{ioctl}} & Accede alle operazioni di controllo
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}).\\
+ \textsl{\code{readdir}}& Legge il contenuto di una directory (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_dir_read}).\\
+ \textsl{\code{poll}} & Usata nell'I/O multiplexing (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_multiplexing}).\\
+ \textsl{\code{mmap}} & Mappa il file in memoria (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_memory_map}).\\
+ \textsl{\code{release}}& Chiamata quando l'ultimo riferimento a un file
+ aperto è chiuso.\\
+ \textsl{\code{fsync}} & Sincronizza il contenuto del file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_sync}).\\
+ \textsl{\code{fasync}} & Abilita l'I/O asincrono (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}) sul file.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Operazioni sui file definite nel VFS.}
\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 la opportuna routine dichiarata in \var{f\_ops} appropriata al tipo
-di file in questione.
+(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 funzione dichiarata in \struct{f\_ops} appropriata al
+tipo di file in questione.
-In questo modo è possibile scrivere allo stesso modo sulla porta seriale come
-su un file di dati normale; ovviamente certe operazioni (nel caso della
-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.
+Pertanto è possibile scrivere allo stesso modo sulla porta seriale come su un
+normale 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.
+\itindend{Virtual~File~System}
\subsection{Il funzionamento di un filesystem Unix}
\label{sec:file_filesystem}
-Come già accennato in \secref{sec:file_organization} Linux (ed ogni sistema
+Come già accennato in sez.~\ref{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
+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 \nfig; in essa si fa riferimento
-alla struttura del filesystem \acr{ext2}, che prevede una separazione dei dati
-in \textit{blocks group} che replicano il superblock (ma sulle caratteristiche
-di \acr{ext2} torneremo in \secref{sec:file_ext2}). È comunque caratteristica
-comune di tutti i filesystem per Unix, indipendentemente da come poi viene
-strutturata nei dettagli questa informazione, prevedere una divisione fra la
-lista degli inodes e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
+partizione può contenere un filesystem. La strutturazione tipica
+dell'informazione su un disco è riportata in fig.~\ref{fig:file_disk_filesys};
+in essa si fa riferimento alla struttura del filesystem \acr{ext2}, che
+prevede una separazione dei dati in \textit{block group} che replicano il
+superblock (ma sulle caratteristiche di \acr{ext2} e derivati torneremo in
+sez.~\ref{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
+\index{inode} inode e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/disk_struct}
- \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e filesystem}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/disk_struct}
+ \caption{Organizzazione dello spazio su un disco in partizioni e
+ filesystem.}
\label{fig:file_disk_filesys}
\end{figure}
dell'informazione all'interno del singolo filesystem (tralasciando i dettagli
relativi al funzionamento del filesystem stesso come la strutturazione in
gruppi dei blocchi, il superblock e tutti i dati di gestione) possiamo
-esemplificare la situazione con uno schema come quello esposto in \nfig.
+esemplificare la situazione con uno schema come quello esposto in
+fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/filesys_struct}
- \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/filesys_struct}
+ \caption{Strutturazione dei dati all'interno di un filesystem.}
\label{fig:file_filesys_detail}
\end{figure}
-Da \curfig\ si evidenziano alcune delle caratteristiche di base di un
-filesystem, sulle quali è bene porre attenzione visto che sono fondamentali
-per capire il funzionamento delle funzioni che manipolano i file e le
-directory che tratteremo nel prossimo capitolo; in particolare è opportuno
-ricordare sempre che:
+Da fig.~\ref{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}
- (traduzione approssimata dell'inglese \textit{directory entry}, che non
- useremo anche per evitare confusione con le \textit{dentry} del kernel di
- cui si parlava in \secref{sec:file_vfs}).
-
-\item Come mostrato in \curfig\ si possono avere più voci che puntano allo
- stesso \textit{inode}. Ogni \textit{inode} ha un contatore che contiene il
- numero di riferimenti (\textit{link count}) che sono stati fatti ad esso;
- solo quando questo contatore si annulla i dati del file vengono
- effettivamente rimossi dal disco. Per questo la funzione per cancellare un
- file si chiama \func{unlink}, ed in realtà non cancella affatto i dati del
- file, ma si limita a eliminare la relativa voce da una directory e
- decrementare il numero di riferimenti nell'\textit{inode}.
-
+\item L'\textit{inode} \index{inode} contiene tutte le informazioni (i
+ cosiddetti \textsl{metadati}) 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 \index{inode} 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
+ sez.~\ref{sec:file_vfs}).
+
+\item Come mostrato in fig.~\ref{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 che sono stati fatti ad esso
+ (il cosiddetto \textit{link count}); 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 \index{inode}
+ nell'\textit{inode}.
+
\item Il numero di \textit{inode} nella voce si riferisce ad un \textit{inode}
- nello stesso filesystem e non ci può essere una directory che contiene
- riferimenti ad \textit{inodes} relativi ad altri filesystem. Questo limita
- l'uso del comando \cmd{ln} (che crea una nuova voce per un file
- esistente, con la funzione \func{link}) al filesystem corrente.
-
-\item Quando si cambia nome ad un file senza cambiare filesystem il contenuto
- del file non deve essere spostato, viene semplicemente creata una nuova voce
- per l'\textit{inode} in questione e rimossa la vecchia (questa è la modalità
- in cui opera normalmente il comando \cmd{mv} attraverso la funzione
- \func{rename}).
+ nello stesso filesystem e non ci può essere una directory che contiene
+ riferimenti ad \index{inode} \textit{inode} 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 \index{inode} 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}). Questa operazione non modifica
+ minimamente neanche l'\textit{inode} del file dato che non si opera su
+ questo ma sulla directory che lo contiene.
+
+\item Gli \textit{inode} dei file, che contengono i \textsl{metadati} ed i
+ blocchi di spazio disco, che contengono i dati, sono risorse indipendenti ed
+ in genere vengono gestite come tali anche dai diversi filesystem; è pertanto
+ possibile sia esaurire lo spazio disco (caso più comune) che lo spazio per
+ gli \textit{inode}, nel primo caso non sarà possibile allocare ulteriore
+ spazio, ma si potranno creare file (vuoti), nel secondo non si potranno
+ creare nuovi file, ma si potranno estendere quelli che ci sono.
\end{enumerate}
-Infine è bene avere presente che, essendo file pure loro, esiste un numero di
-riferimenti anche per le directory; per cui se a partire dalla situazione
-mostrata in \curfig\ creiamo una nuova directory \file{img} nella directory
-\file{gapil}: avremo una situazione come quella in \nfig, dove per chiarezza
-abbiamo aggiunto dei numeri di inode.
+Infine si noti che, essendo file pure loro, il numero di riferimenti esiste
+anche per le directory; per cui, se a partire dalla situazione mostrata in
+fig.~\ref{fig:file_filesys_detail} creiamo una nuova directory \file{img}
+nella directory \file{gapil}, avremo una situazione come quella in
+fig.~\ref{fig:file_dirs_link}, dove per chiarezza abbiamo aggiunto dei numeri
+di \index{inode} inode.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/dir_links}
- \caption{Organizzazione dei link per le directory}
+ \includegraphics[width=14cm]{img/dir_links}
+ \caption{Organizzazione dei \textit{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 riferiementi di almeno tre, in quanto
-adesso sarà referenziata anche dalla voce \file{..} di \file{img}.
+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{img}) e dalla voce ``\texttt{.}'' 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 ``\texttt{..}'' di \texttt{img}.
-\subsection{Il filesystem \textsl{ext2}}
+\subsection{I filesystem di uso comune}
\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), una dimensione fino a 4~Tb.
-
-Oltre alle caratteristiche standard \acr{ext2} fornisce alcune estensioni che
-non sono presenti sugli altri filesystem Unix, le cui principali sono le
-seguenti:
+Il filesystem standard più usato con Linux è il cosiddetto \textit{third
+ extended filesystem}, identificato dalla sigla \acr{ext3}.\footnote{si fa
+ riferimento al momento della stesura di questo paragrafo, l'inizio del
+ 2010.} Esso nasce come evoluzione del precedente \textit{second extended
+ filesystem}, o \acr{ext2}, di cui eredita gran parte delle caratteristiche
+di base, per questo motivo parleremo anzitutto di questo, dato che molto di
+quanto diremo si applica anche ad \acr{ext3}. A partire dal kernel 2.6.XX è
+stato dichiarato stabile il nuovo filsesystem \textit{ext4}, ulteriore
+evoluzione di \textit{ext3} dotato di molte caratteristiche avanzate, che sta
+iniziando a sostituirlo gradualmente.
+
+Il filesystem \acr{ext2} nasce come filesystem nativo di Linux a partire dalle
+prime versioni del kernel e supporta tutte le caratteristiche di un filesystem
+standard Unix: è in grado di gestire nomi di file lunghi (256 caratteri,
+estensibili a 1012) e supporta una dimensione massima dei file fino a 4~Tb. I
+successivi filesystem \acr{ext3} ed \acr{ext4} sono evoluzioni di questo
+filesystem, e sia pure con molti miglioramenti ed estensioni significative ne
+mantengono in sostanza le caratteristiche fondamentali.
+
+Oltre alle caratteristiche standard, \acr{ext2} fornisce alcune estensioni che
+non sono presenti su un classico filesystem di tipo Unix; le principali sono
+le seguenti:
\begin{itemize}
\item i \textit{file attributes} consentono di modificare il comportamento del
- kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere settati su file e
+ kernel quando agisce su gruppi di file. Possono essere impostati su file e
directory e in quest'ultimo caso i nuovi file creati nella directory
ereditano i suoi attributi.
\item sono supportate entrambe le semantiche di BSD e SVr4 come opzioni di
con lo stesso identificatore di gruppo della directory che li contiene. La
semantica SVr4 comporta che i file vengono creati con l'identificatore del
gruppo primario del processo, eccetto il caso in cui la directory ha il bit
- di \acr{sgid} settato (per una descrizione dettagliata del significato di
- 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).
+ di \acr{sgid} impostato (per una descrizione dettagliata del significato di
+ questi termini si veda sez.~\ref{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).
+ non è salvato su un blocco, ma tenuto all'interno \index{inode} 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
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.
+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 fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, in cui la partizione è divisa
+in gruppi di blocchi.\footnote{non si confonda questa definizione con
+ quella riportata in fig.~\ref{fig:file_dirent_struct}; in quel caso si fa
+ riferimento alla struttura usata in user space per riportare i dati
+ contenuti in una directory generica, questa fa riferimento alla struttura
+ usata dal kernel per un filesystem \acr{ext2}, definita nel file
+ \texttt{ext2\_fs.h} nella directory \texttt{include/linux} dei sorgenti del
+ kernel.}
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.
+una maggiore affidabilità e possibilità di recupero in caso di corruzione del
+superblock principale. 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 \index{inode} inode.
\begin{figure}[htb]
\centering
\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 \curfig;
-in questo modo è possibile implementare nomi per i file anche molto lunghi
-(fino a 1024 caratteri) senza sprecare spazio disco.
-
-
+Le directory sono implementate come una \itindex{linked~list} \textit{linked
+ list} con voci di dimensione variabile. Ciascuna voce della lista contiene
+il numero di inode \index{inode}, la sua lunghezza, il nome del file e la sua
+lunghezza, secondo lo schema in fig.~\ref{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.
+
+Con l'introduzione del filesystem \textit{ext3} sono state introdotte anche
+alcune modifiche strutturali, la principale di queste è quella che
+\textit{ext3} è un filesystem \textit{jounrnaled}, è cioè in grado di eseguire
+una registrazione delle operazioni di scrittura su un giornale (uno speciale
+file interno) in modo da poter garantire il ripristino della coerenza dei dati
+del filesystem\footnote{si noti bene che si è parlato di dati \textsl{del}
+ filesystem, non di dati \textsl{nel} filesystem, quello di cui viene
+ garantito un veloce ripristino è relativo ai dati della struttura interna
+ del filesystem, non di eventuali dati contenuti nei file che potrebbero
+ essere stati persi.} in brevissimo tempo in caso di interruzione improvvisa
+della corrente o di crollo del sistema che abbia causato una interruzione
+della scrittura dei dati sul disco.
+
+Oltre a questo \textit{ext3} introduce ulteriori modifiche volte a migliorare
+sia le prestazioni che la semplicità di gestione del filesystem, in
+particolare per le directory si è passato all'uso di alberi binari con
+indicizzazione tramite hash al posto delle \textit{linked list}, ottenendo un
+forte guadagno di prestazioni in caso di directory contenenti un gran numero
+di file.
+
+% TODO portare a ext3, ext4 e btrfs ed illustrare le problematiche che si
+% possono incontrare (in particolare quelle relative alla perdita di contenuti
+% in caso di crash del sistema)
+
+
+% 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:
projects / gapil.git / blobdiff