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%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione",
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\index{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
\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
-file di dispositivo \index{file!di~dispositivo} (questi ultimi, per
+\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
sono implementati come oggetti del \textit{Virtual File System} (vedi
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}\itindex{Virtual~File~System} è riportato in
+\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
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
-\textsl{file di dispositivo} \index{file!di~dispositivo} (o \textit{device
+\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
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{inode}\index{inode} (vedi sez.~\ref{sec:file_vfs}). \\
+ \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 \\
\textit{char device} & \textsl{dispositivo a caratteri} &
dell'I/O in blocchi di dimensione fissa avviene solo all'interno del kernel,
ed è completamente trasparente all'utente. Inoltre talvolta si parla di
\textsl{accesso diretto} riferendosi alla capacità, che non ha niente a che
- fare con tutto ciò, di effettuare, attraverso degli appositi file di
- dispositivo\index{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).}
+ 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).}
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
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 \textit{file descriptor}\index{file!descriptor} sono
+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
-\textit{stream}\index{file!stream}. Essa fornisce funzioni più evolute e un
-accesso bufferizzato (controllato dalla implementazione fatta dalle
-\acr{glibc}), la tratteremo in dettaglio nel
+\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 \textit{stream}\index{file!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}.
+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 (fifo, socket, dispositivi, sui quali torneremo in
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
-\textit{file descriptor} \index{file!descriptor} se si vuole ricorrere a
-modalità speciali di I/O come il \textit{file locking}\index{file!locking} o
+\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
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}\index{file!stream} dispongono di tutte le
+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
uno stream ed eseguirvi operazioni di basso livello, o associare in un secondo
-tempo uno \textit{stream}\index{file!stream} ad un \textit{file
- descriptor}\index{file!descriptor}.
+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 \textit{stream}\index{file!stream} per
+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 \textit{file descriptor}\index{file!descriptor}
+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}
-
In questa sezione esamineremo come viene implementato l'accesso ai file in
Linux, come il kernel può gestire diversi tipi di filesystem, descrivendo
prima le caratteristiche generali di un filesystem di un sistema unix-like,
per poi trattare in maniera un po' più dettagliata il filesystem più usato con
-Linux, l'\acr{ext2}.
+Linux, l'\acr{ext2} (e derivati).
\subsection{Il \textit{Virtual File System} di Linux}
\label{sec:file_vfs}
\itindbeg{Virtual~File~System}
+
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
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}\index{inode} e \textit{file}, corrispondenti a tre apposite
+\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
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\index{inode} contiene i puntatori alle funzioni che possono essere
+\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.
\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 \itindex{pathname}\textit{pathname}
+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}\index{inode}; quest'ultimo è la struttura base che sta sul
+\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
-dispositivo\index{file!di~dispositivo}, o una qualsiasi altra cosa che possa
+\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
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}\index{inode} invece
+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, gli inode\index{inode} che stanno in
-memoria sono inode\index{inode} del VFS ed è ad essi che puntano le singole
+viene copiato all'indietro sul disco, 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 l'inode\index{inode} corrispondente in memoria.
+\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()}
-dell'inode\index{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.
+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\index{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 \struct{file} in cui viene inserito un puntatore alla
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
-inode\index{inode} e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
+\index{inode} inode e lo spazio a disposizione per i dati e le directory.
\begin{figure}[htb]
\centering
\begin{enumerate}
-\item L'\textit{inode}\index{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}\index{inode} ad esso associato, cioè quella che da qui
- in poi chiameremo una \textsl{voce} (come traduzione dell'inglese
+\item L'\textit{inode} \index{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 \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}).
file vengono effettivamente rimossi dal disco. Per questo la funzione per
cancellare un file si chiama \func{unlink}, ed in realtà non cancella
affatto i dati del file, ma si limita ad eliminare la relativa voce da una
- directory e decrementare il numero di riferimenti
- nell'\textit{inode}\index{inode}.
+ 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{inode}\index{inode} relativi ad altri filesystem.
+ 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 l'\textit{inode}\index{inode} in questione e rimossa la
+ 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}).
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 inode\index{inode}.
+di \index{inode} inode.
\begin{figure}[htb]
\centering
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\index{inode}
+ 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
\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\index{inode}.
+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.
-Le directory sono implementate come una \itindex{linked~list}\textit{linked
+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
+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.
-%%% Local Variables:
-%%% mode: latex
-%%% TeX-master: "gapil"
-%%% End:
-
% 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: multiplexing mmap fsync fasync seek MacOs 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
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff