-\chapter{L'interfaccia unix di I/O con i file}
+\chapter{I file: l'interfaccia standard unix}
\label{cha:file_unix_interface}
Esamineremo in questo capitolo la prima delle due interfacce di programmazione
per i file, quella dei \textit{file descriptor}, nativa di unix. Questa è
-l'interfaccia di basso livello, che non prevede funzioni evolute come la
-bufferizzazione o funzioni di lettura o scrittura formattata, ma è su questa
-che è costruita anche l'interfaccia standard dei file definita dallo standard
-ANSI C.
+l'interfaccia di basso livello provvista direttamente dalle system call, che
+non prevede funzionalità evolute come la bufferizzazione o funzioni di lettura
+o scrittura formattata, e sulla quale è costruita anche l'interfaccia definita
+dallo standard ANSI C che affronteremo in \capref{cha:files_std_interface}.
La funzione apre il file, usando il primo file descriptor libero, e crea
l'opportuna voce (cioè la struttura \var{file}) nella file table. Viene usato
-sempre il file descriptor con il valore più basso. Questa caratteristica
-permette di prevedere qual'è il valore che si otterrà, e viene talvolta usata
-da alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard
-di \secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard input e si
-apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard input (avrà
-cioè il file descriptor 0).
+sempre il file descriptor con il valore più basso.
\begin{table}[!htb]
\centering
una ambiguità, dato che come vedremo in \secref{sec:file_read} il ritorno di
zero da parte di \func{read} ha il significato di una end-of-file.}
+Questa caratteristica permette di prevedere qual'è il valore del file
+descriptor che si otterrà al ritorno di \func{open}, e viene talvolta usata da
+alcune applicazioni per sostituire i file corrispondenti ai file standard di
+\secref{sec:file_std_descr}: se ad esempio si chiude lo standard input e si
+apre subito dopo un nuovo file questo diventerà il nuovo standard input (avrà
+cioè il file descriptor 0).
+
Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo, (torneremo
sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
ciascuno di questi bit, dette costanti possono essere combinate fra di loro
con un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria)
del parametro \var{flags} da passare alla \func{open} per specificarne il
-comportamento.
+comportamento. I due flag \macro{O\_NOFOLLOW} e \macro{O\_DIRECTORY} sono
+estensioni specifiche di Linux, e deve essere usata definita la macro
+\macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli usare.
Nelle prime versioni di unix i flag specificabili per \func{open} erano solo
quelli relativi alle modalità di accesso del file. Per questo motivo per
file descriptor era l'ultimo riferimento ad un file su disco quest'ultimo
viene cancellato.
-Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i sui file descriptor
+Si ricordi che quando un processo termina anche tutti i suoi file descriptor
vengono chiusi, molti programmi sfruttano questa caratteristica e non usano
esplicitamente \func{close}. In genere comunque chiudere un file senza
controllarne lo stato di uscita è errore; infatti molti filesystem
In ogni caso una \func{close} andata a buon fine non garantisce che i dati
siano stati effettivamente scritti su disco, perché il kernel può decidere di
ottimizzare l'accesso a disco ritardandone la scrittura. L'uso della funzione
-\func{sync} effettua esplicitamente il \emph{flush} dei dati, ma anche in
-questo caso resta l'incertezza dovuta al comportamento dell'hardware (che a
-sua volta può introdurre ottimizzazioni dell'accesso al disco).
+\func{sync} (vedi \secref{sec:file_sync}) effettua esplicitamente il
+\emph{flush} dei dati, ma anche in questo caso resta l'incertezza dovuta al
+comportamento dell'hardware (che a sua volta può introdurre ottimizzazioni
+dell'accesso al disco).
\subsection{La funzione \func{lseek}}
questo caso la funzione ritorna l'errore \macro{EPIPE}. Questo, oltre che per
i tre casi citati nel prototipo, vale anche per tutti quei dispositivi che non
supportano questa funzione, come ad esempio per le \acr{tty}\footnote{altri
- sistemi, usando \macro{SEEK\_SET} in questo caso ritornano il numero di
+ sistemi, usando \macro{SEEK\_SET}, in questo caso ritornano il numero di
caratteri che vi sono stati scritti}. Lo standard POSIX però non specifica
niente al proposito. Infine alcuni device, ad esempio \file{/dev/null}, non
causano un errore ma restituiscono un valore indefinito.
\subsection{La funzione \func{read}}
\label{sec:file_read}
-Per leggere da un file precedentemente aperto, si può la funzione \func{read},
-il cui prototipo è:
+
+Una volta che un file è stato aperto su possono leggere i dati che contiene
+utilizzando la funzione \func{read}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
La funzione cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd} al buffer
\end{prototype}
Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
-modificarne la posizione corrente. È equivalente alla esecuzione di una
-\func{read} e una \func{lseek}, ma dato che la posizione sul file può essere
-condivisa fra vari processi (vedi \secref{sec:file_sharing}), essa permette di
-eseguire l'operazione atomicamente. Il valore di \var{offset} fa riferimento
-all'inizio del file.
+modificarne la posizione corrente. È sostanzialmente equivalente alla
+esecuzione di una \func{read} e una \func{lseek}, ma dato che la posizione sul
+file può essere condivisa fra vari processi (vedi \secref{sec:file_sharing}),
+essa permette di eseguire l'operazione atomicamente. Il valore di \var{offset}
+fa sempre riferimento all'inizio del file.
\subsection{La funzione \func{write}}
\label{sec:file_write}
-Per scrivere su un file si usa la funzione \func{write}, il cui prototipo è:
+Una volta che un file è stato aperto su può scrivere su di esso utilizzando la
+funzione \func{write}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)}
La funzione scrive \var{count} byte dal buffer \var{buf} sul file \var{fd}.
\func{open}.
+\subsection{La funzioni \func{sync} e \func{fsync}}
+\label{sec:file_sync}
+
+Come accennato in \secref{sec:file_close} tutte le operazioni di scrittura
+sono in genere bufferizzate dal kernel, che provvede ad effettuarle in maniera
+asincrona (ad esempio accorpando gli accessi alla stessa zona del disco) in un
+secondo tempo rispetto al momento della esecuzione della \func{write}.
+
+Per questo motivo, quando è necessaria una sincronizzazione dei dati, il
+sistema mette a disposizione delle funzioni che provvedono a forzare lo
+scarico dei dati dai buffer del kernel\footnote{come già accennato neanche
+ questo da la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata,
+ l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno che
+ può ritardare ulteriormente la scrittura effettiva.}. La prima di queste
+funzioni è \func{sync} il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)}
+
+ La funzione sincronizza buffer della cache dei file col disco.
+
+ La funzione ritorna sempre zero.
+\end{prototype}
+\noindent i vari standard prevedono che la funzione si limiti a far partire
+le operazioni, ritornando immediatamente; in Linux (dal kernel 1.3.20) invece
+la funzione aspetta la conclusione delle operazioni di sincronizzazione del
+kernel.
+
+La funzione viene usata dal comando \cmd{sync} quando si vuole forzare
+esplicitamente lo scarico dei dati su disco, o dal demone di sistema
+\cmd{update} che esegue lo scarico dei dati ad intervalli di tempo fissi: il
+valore tradizionale per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma in Linux era
+di 5 secondi; con le nuove versioni poi, è il kernel che si occupa
+direttamente di tutto quanto.
+
+Quando si vogliono scaricare soltanto i dati di un file (ad esempio essere
+sicuri che i dati di un database sono stati registrati su disco) si possono
+usare le due funzioni \func{fsync} e \func{fdatasync}, i cui prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \funcdecl{int fsync(int fd)}
+ Sincronizza dati e metadati del file \param{fd}
+ \funcdecl{int fdatasync(int fd)}
+ Sincronizza i dati del file \param{fd}.
+
+ La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore, nel qual
+ caso i codici restituiti in \var{errno} sono:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{EINVAL} \param{fd} è un file speciale che non supporta la
+ sincronizzazione.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EROFS} e \macro{EIO}.
+\end{functions}
+
+Entrambe le funzioni forzano la sincronizzazione col disco di tutti i dati del
+file specificato, ed attendono fino alla conclusione delle operazioni;
+\func{fsync} forza anche la sincronizzazione dei metadata dell'inode (i dati
+di \var{fstat} come i tempi del file).
+
+
+Si tenga presente che questo non comporta la sincronizzazione della
+directory che contiene il file (e scrittura della relativa voce su
+disco) che deve essere effettuata esplicitamente\footnote{in realtà per
+ il filesystem \acr{ext2}, quando lo si monta con l'opzione \cmd{sync},
+ il kernel provvede anche alla sincronizzazione automatica delle voci
+ delle directory.}.
+
\subsection{La funzioni \func{dup} e \func{dup2}}
\label{sec:file_dup}
\headdecl{fcntl.h}
\funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd)}
\funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, long arg)}
- \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
+ \funcdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock)}
La funzione esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
sul file \param{fd}.
\item[\macro{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag},
permette cioè di rileggere quei bit settati da \func{open} all'apertura del
file che vengono memorizzati (quelli riportati nella prima e terza sezione
- di \tabref{tab:file_open_flags}).
+ di \tabref{tab:file_open_flags}).
\item[\macro{F\_SETFL}] setta il \textit{file status flag} al valore
specificato da \param{arg}, possono essere settati solo i bit riportati
nella terza sezione di \tabref{tab:file_open_flags} (da verificare).
+\item[\macro{F\_GETLK}] se un file lock è attivo restituisce nella struttura
+ \param{lock} la struttura \type{flock} che impedisce l'acquisizione del
+ blocco, altrimenti setta il campo \var{l\_type} a \macro{F\_UNLCK} (per i
+ dettagli sul \textit{file locking} vedi \secref{sec:file_locking}).
+\item[\macro{F\_SETLK}] richiede il file lock specificato da \param{lock} se
+ \var{l\_type} è \macro{F\_RDLCK} o \macro{F\_WRLLCK} o lo rilascia se
+ \var{l\_type} è \macro{F\_UNLCK}. Se il lock è tenuto da qualcun'altro
+ ritorna immediatamente restituendo -1 e setta \var{errno} a \macro{EACCES} o
+ \macro{EAGAIN} (per i dettagli sul \textit{file locking} vedi
+ \secref{sec:file_locking}).
+\item[\macro{F\_SETLKW}] identica a \macro{F\_SETLK} eccetto per il fatto che
+ la funzione non ritorna subito ma attende che il blocco sia rilasciato. Se
+ l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione restituisce -1 e setta
+ \var{errno} a \macro{EINTR} (per i dettagli sul \textit{file locking} vedi
+ \secref{sec:file_locking}).
+\item[\macro{F\_GETOWN}] restituisce il \acr{pid} del processo o il process
+ group che è preposto alla ricezione dei segnali \macro{SIGIO} e
+ \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file descriptor \var{fd}. Il
+ process group è restituito come valore negativo.
+\item[\macro{F\_SETOWN}] setta il processo o process group che riceverà i
+ segnali \macro{SIGIO} e \macro{SIGURG} per gli eventi associati al file
+ descriptor \var{fd}. I process group sono settati usando valori negativi.
+\item[\macro{F\_GETSIG}] restituisce il segnale mandato quando ci sono dati
+ disponibili in input sul file descriptor. Il valore 0 indica il default (che
+ è \macro{SIGIO}), un valore diverso da zero indica il segnale richiesto,
+ (che può essere lo stesso \macro{SIGIO}), nel qual caso al manipolatore del
+ segnale, se installato con \macro{SA\_SIGINFO}, vengono rese disponibili
+ informazioni ulteriori informazioni.
+\item[\macro{F\_SETSIG}] setta il segnale da inviare quando diventa possibile
+ effettuare I/O sul file descriptor. Il valore zero indica il default
+ (\macro{SIGIO}), ogni altro valore permette di rendere disponibile al
+ manipolatore del segnale ulteriori informazioni se si è usata
+ \macro{SA\_SIGINFO}.
\end{basedescript}
+La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per
+poter essere affrontate in dettaglio a questo punto; saranno riprese più
+avanti quando affronteremo le problematiche ad esse relative.
+
+Per determinare le modalità di accesso inoltre è necessario estrarre i bit di
+accesso (ottenuti con il comando \macro{F\_GETFL}); infatti la definizione
+corrente non assegna bit separati a \macro{O\_RDONLY}, \macro{O\_WRONLY} e
+\macro{O\_RDWR}\footnote{posti rispettivamente ai valori 0, 1 e 2}, per cui il
+valore si ottiene eseguendo un AND binario del valore di ritorno di
+\func{fcntl} con la maschera \macro{O\_ACCMODE} anch'essa definita in
+\file{fcntl.h}.
+
+
\subsection{La funzione \func{ioctl}}
\label{sec:file_ioctl}
+Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostratato molto
+valido anche per l'interazione con i più vari dispositivi, con cui si può
+interagire con le stesse funzioni usate per i normali file di dati,
+esisteranno sempre caratteristiche peculiari, specifiche dell'hardware e della
+funzionalità che ciascuno di essi provvede, che non possono venire comprese in
+questa interfaccia astratta (un caso tipico è il settaggio della velocità di
+una porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer).
+
+Per questo motivo l'architettura del sistema ha previsto l'esistenza di una
+funzione speciale, \func{ioctl}, con cui poter compiere operazioni specifiche
+per ogni singolo dispositivo. Il prototipo di questa funzione è:
+
+\begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)}
+
+ La funzione manipola il sottostante dispositivo, usando il parametro
+ \param{request} per specificare l'operazione richiesta e il terzo parametro
+ (che usualmente è di tipo \param{char * argp}) per passare o ricevere
+ l'informazione necessaria al dispositivo.
+
+ La funzione nella maggior parte dei casi ritorna 0, alcune operazioni usano
+ però il valore di ritorno per restituire informazioni. In caso di errore
+ viene sempre restituito -1 e \var{errno} viene settata ad uno dei valori
+ seguenti:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{ENOTTY} il file \param{fd} non è associato con un device.
+ \item \macro{EINVAL} gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono
+ validi.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EBADF} e \macro{EFAULT}.
+\end{prototype}
+
+La funzione serve in sostanza per fare tutte quelle operazioni che non si
+adattano all'architettura di I/O di unix e che non è possibile effettuare con
+le funzioni esaminate finora. Per questo motivo non è possibile fare altro che
+una descrizione generica; torneremo ad esaminarla in seguito, quando si
+tratterà di applicarla ad alcune problematiche specifiche.
+
projects / gapil.git / blobdiff