In questa sezione faremo una breve introduzione sulla architettura su cui è
basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con
-differenze di implementazione, è comune ad ogni implementazione di unix.
-Vedremo cosa comporti questa architettura in caso di accesso contemporaneo ai
-file da parte di più processi.
+differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in
+ogni implementazione di unix.
-\subsection{L'architettura dei \textit{file descriptors}}
+\subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
\label{sec:file_fd}
Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
ogni ulteriore operazione.
All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
-negativo, chiamato appunto \textit{file descriptors}, quando un file viene
+negativo, chiamato appunto \textit{file descriptor}, quando un file viene
aperto la funzione restituisce il file descriptor, e tutte le successive
operazioni devono passare il \textit{file descriptors} come argomento.
ed un elenco dei file aperti nella \textit{file table}.
La \textit{process table} è una tabella che contiene una voce per ciascun
-processo attivo nel sistema. In Linux la tabella è costituita da strutture di
-tipo \var{task\_struct} nelle quali sono raccolte tutte le informazioni
-relative ad un singolo processo; fra queste informazioni c'è anche il
-puntatore ad una ulteriore struttura di tipo \var{files\_struct} in cui sono
+processo attivo nel sistema. In Linux ciascuna voce è costituita da una
+struttura di tipo \var{task\_struct} nella quale sono raccolte tutte le
+informazioni relative al processo; fra queste informazioni c'è anche il
+puntatore ad una ulteriore struttura di tipo \var{files\_struct}, in cui sono
contenute le informazioni relative ai file che il processo ha aperto, ed in
particolare:
\begin{itemize*}
\textit{file table} per ogni file aperto.
\end{itemize*}
il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
-questa tabella.
+quest'ultima tabella.
La \textit{file table} è una tabella che contiene una voce per ciascun file
che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da strutture di tipo
file, fra cui:
\begin{itemize*}
\item lo stato del file (nel campo \var{f\_flags}).
-\item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file.
+\item il valore della posizione corrente (l'\textit{offset}) nel file (nel
+ campo \var{f\_pos}).
\item un puntatore all'inode\footnote{nel kernel 2.4.x si è in realtà passati
ad un puntatore ad una struttura \var{dentry} che punta a sua volta
all'inode passando per la nuova struttura del VFS} del file.
numero di file aperti era anche soggetto ad un limite massimo dato dalle
dimensioni del vettore di puntatori con cui era realizzata la tabella dei file
descriptor dentro \var{file\_struct}; questo limite intrinseco non sussiste
-più, dato che si è passati ad una linked list, restano i limiti imposti
-dall'amministratore (vedi \secref{sec:sys_limits}).
+più, dato che si è passati da un vettore ad una linked list, ma restano i
+limiti imposti dall'amministratore (vedi \secref{sec:sys_limits}).
La funzione \func{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è
quella che crea l'associazione fra un pathname ed un file descriptor; il suo
prototipo è:
-
\begin{functions}
\headdecl{sys/types.h}
\headdecl{sys/stat.h}
La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e -1 in caso di
errore. In questo caso la variabile \var{errno} viene settata ad uno dei
valori:
-
\begin{errlist}
\item \macro{EEXIST} \var{pathname} esiste e si è specificato
\macro{O\_CREAT} e \macro{O\_EXCL}.
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 caratteritica
+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).
+
+\begin{table}[!htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
+ \hline
+ \hline % modailtà di accesso al file
+ \macro{O\_RDONLY} & apre il file in sola lettura. \\
+ \macro{O\_WRONLY} & apre il file in sola scrittura. \\
+ \macro{O\_RDWR} & apre il file lettura/scrittura. \\
+ \hline % modalita di apertura del file
+ \hline
+ \macro{O\_CREAT} & se il file non esiste verrà creato, con le regole di
+ titolarità del file viste in \secref{sec:file_ownership}. Il parametro
+ \var{mode} deve essere specificato. \\
+ \macro{O\_EXCL} & usato in congiunzione con \macro{O\_CREAT} fa sì che
+ l'esistenza del file diventi un errore\footnote{la man page di \func{open}
+ segnala che questa opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la
+ usano per stabilire un file di lock possono incorrere in una race
+ condition. Si consiglia come alternativa di usare un file con un nome
+ univoco e la funzione \func{link} per verificarne l'esistenza.} che fa
+ fallire \func{open} con \macro{EEXIST}. \\
+ \macro{O\_NONBLOCK} & apre il file in modalità non bloccante. Questo
+ valore specifica anche una modalità di operazione (vedi sotto), e
+ comporta che \func{open} ritorni immediatamente (torneremo su
+ questo in \secref{sec:file_noblocking}). \\
+ \macro{O\_NOCTTY} & se \var{pathname} si riferisce ad un device di
+ terminale, questo non diventerà il terminale di controllo, anche se il
+ processo non ne ha ancora uno (si veda \secref{sec:sess_xxx}). \\
+ \macro{O\_SHLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno shared lock (vedi
+ \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
+ \macro{O\_EXLOCK} & opzione di BSD, acquisisce uno lock esclusivo (vedi
+ \secref{sec:file_locking}) sul file. Non è disponibile in Linux. \\
+ \macro{O\_TRUNC} & se il file esiste ed è un file di dati e la modalità di
+ apertura consente la scrittura, allora la sua lunghezza verrà troncata a
+ zero. Se il file è un terminale o una fifo il flag verrà ignorato, negli
+ altri casi il comportamento non è specificato. \\
+ \macro{O\_NOFOLLOW} & se \var{pathname} è un link simbolico la chiamata
+ fallisce. Questa è una estensione BSD aggiunta in Linux dal kernel 2.1.126.
+ Nelle versioni precedenti i link simbolici sono sempre seguiti, e questa
+ opzione è ignorata. \\
+ \macro{O\_DIRECTORY} & se \var{pathname} non è una directory la chiamata
+ fallisce. Questo flag è specifico di Linux ed è stato introdotto con il
+ kernel 2.1.126 per evitare dei DoS\footnote{Denial of Service, si chiamano
+ così attacchi miranti ad impedire un servizio causando una qualche forma
+ di carico eccessivo per il sistema, che resta bloccato nelle risposte
+ all'attacco} quando \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un
+ device di unità a nastri, non deve essere utilizzato al di fuori
+ dell'implementazione di \func{opendir}. \\
+ \macro{O\_LARGEFILE} & nel caso di sistemi a 32 bit che supportano file di
+ grandi dimensioni consente di aprire file le cui dimensioni non possono
+ essere rappresentate da numeri a 31 bit. \\
+ \hline
+ \hline % modalità di operazione col file
+ \macro{O\_APPEND} & il file viene aperto in append mode. Prima di ciascuna
+ scrittura la posizione corrente viene sempre settata alla fine del
+ file. Può causare corruzione del file con NFS se più di un processo scrive
+ allo stesso tempo\footnote{il problema è che NFS non supporta la scrittura
+ in append, ed il kernel deve simularla, ma questo comporta la possibilità
+ di una race condition}.\\
+ \macro{O\_NONBLOCK} & il file viene aperto in modalità non bloccante per
+ le operazioni di I/O: questo significa il fallimento di una \func{read} in
+ assenza di dati da leggere e quello di una \func{write} in caso di
+ impossibilità di scrivere immediatamente. L'opzione è effettiva solo per
+ le fifo e per alcuni file di dispositivo. \\
+ \macro{O\_NDELAY} & in Linux\footnote{l'opzione origina da SVr4, dove però
+ causava il ritorno da una \func{read} con un valore nullo e non con un
+ errore, questo introduce 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} è sinonimo di \macro{O\_NONBLOCK}.\\
+ \macro{O\_ASYNC} & apre il file per l'input/output in modalità
+ asincrona. Non è supportato in Linux. \\
+ \macro{O\_SYNC} & apre il file per l'input/output sincrono, ogni
+ \func{write} bloccherà fino al completamento della scrittura di tutti dati
+ sul sull'hardware sottostante.\\
+ \macro{O\_FSYNC} & sinonimo di \macro{O\_SYNC}. \\
+ \macro{O\_NOATIME} & blocca l'aggiornamento dei tempi dei di accesso dei
+ file (vedi \secref{sec:file_file_times}). In Linux questa opzione non è
+ disponibile per il singolo file ma come opzione per il filesystem in fase
+ di montaggio.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti definite in \file{fcntl.h} per indicare i vari bit
+ usabili per il specificare parametro \var{flags} di \func{open}.}
+ \label{tab:file_open_flags}
+\end{table}
+
Il nuovo file descriptor non è condiviso con nessun altro processo, (torneremo
sulla condivisione dei file, in genere accessibile dopo una \func{fork}, in
\secref{sec:file_sharing}). Il nuovo file descriptor è settato di default per
restare aperto attraverso una \func{exec} (come accennato in
\secref{sec:proc_exec}) ed l'offset è settato all'inizio del file.
-La funzione prevede diverse modalità di apertura di un file, che vengono
-specificate dal parametro \var{flags}, questo parametro viene settato come
-maschera binaria attraverso OR aritmetico delle costanti che identificano i
-vari flag. Questi ultimi sono poi divisibili in tre categorie principali:
+Il parametro \var{mode} specifica i permessi con cui il file viene
+eventualmente creato; i valori possibili sono gli stessi già visti in
+\secref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario
+delle costanti descritte in \tabref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi
+filtrati dal valore di \file{umask} (vedi \secref{sec:file_umask}) per il
+processo.
+
+La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit
+del parametro \var{flags}. Alcuni di questi bit vanno anche a costituire il
+flag di stato del file (o \textit{file status flag}), che è mantenuto nel
+campo \var{f\_flags} della struttura \var{file} (al solito si veda lo schema
+di \curfig). Essi sono divisi in tre categorie principali:
\begin{itemize}
-\item \textsl{le modalità di accesso}, che specificano con quale modalità si
- accede al file: lettura, scrittura o lettura/scrittura. Uno di questi
- valori deve essere sempre specificato, vengono settati alla chiamata da
- \func{open}, e possono essere riletti con una \func{fcntl}, ma non
- modificati.
-\item \textsl{le modalità di apertura}, che permettono di specificare alcuni
- dei modi di funzionamento di \func{open}. Hanno effetto solo al momento
- della chiamata e non sono memorizzati nè possono essere riletti.
-\item \textsl{le modalità di operazione}, che permettono di specificare alcuni
- effetti del comportamento delle operazioni sul file (come la \func{read} o
- la \func{write}). Sono settati alla chiamata da \func{open}, ma possono
- essere riletti e modificati con una una \func{fcntl}.
+\item \textsl{i bit delle modalità di accesso}: specificano con quale modalità
+ si accederà al file: i valori possibili sono lettura, scrittura o
+ lettura/scrittura. Uno di questi bit deve essere sempre specificato quando
+ si apre un file. Vengono settati alla chiamata da \func{open}, e possono
+ essere riletti con una \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status
+ flag}), ma non modificati.
+\item \textsl{i bit delle modalità di apertura}: permettono di specificare
+ alcune delle caratteristiche del comportamento di \func{open} quando viene
+ eseguita. Hanno effetto solo al momento della chiamata della funzione e non
+ sono memorizzati nè possono essere riletti.
+\item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare
+ alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file
+ (come la \func{read} o la \func{write}). Anch'essi fanno parte del
+ \textit{file status flag}. Il loro valore è settato alla chiamata di
+ \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle
+ caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}.
\end{itemize}
-In \ntab\ si sono riportate, come definite in \file{fcntl.h}, le costanti che
-identificano i vari flag di stato (ed i relativi valori numerici), da usare
-per specificare il valore di \var{flags}, alcuni di questi poi andranno a
-costituire lo stato del file (il cosiddetto \textit{file status flag}), tenuto
-nel campo \var{f\_flags} di \var{file}.
+In \tabref{tab:file_open_flags} si sono riportate, ordinate e divise fra loro
+secondo le tre modalità appena elencate, le costanti mnemoniche associate a
+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.
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
- \hline
- \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
- \hline
- \hline % modailtà di accesso
- \macro{O_RDONLY} & apre il file in sola lettura\\
- \macro{O_WRONLY} & apre il file in sola scrittura\\
- \macro{O_RDWR} & apre il file lettura/scrittura\\
- \hline % modalita di apertura
- \macro{O_CREAT} & \\
- \macro{O_EXCL} & \\
- \macro{O_NOCTTY} & \\
- \macro{O_NONBLOCK} & \\
- \macro{O_SHLOCK} & \\
- \macro{O_EXLOCK} & \\
- \macro{O_TRUNC} & \\
- \macro{O_NOFOLLOW} & \\
- \macro{O_DIRECTORY} & \\
- \macro{O_LARGEFILE} & \\
- \hline % modalità di operazione
- \macro{O_APPEND} & \\
- \macro{O_NONBLOCK} & \\
- \macro{O_NDELAY} & sinonimo di \macro{O_NONBLOCK}\\
- \macro{O_ASYNC} & \\
- \macro{O_FSYNC} & \\
- \macro{O_SYNC} & \\
- \macro{O_NOATIME} & \\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Costanti che identificano i vari flag di stato del file specificati
- alla sua aprertura tramite il parametro \var{flags} di \func{open}.}
- \label{tab:file_open_flags}
-\end{table}
+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
+creare un nuovo file c'era una system call apposita, \func{creat}, il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{fcntl.h}
+ {int creat(const char *pathname, mode\_t mode)}
+ Crea un nuovo file vuoto, con i permessi specificati da \var{mode}. É del
+ tutto equivalente a \func{open(filedes, O\_CREAT|O\_WRONLY|O\_TRUNC, mode)}.
+\end{prototype}
+adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi programmi.
-\subsection{La funzione \func{creat}}
-\label{sec:file_creat}
\subsection{La funzione \func{close}}
\label{sec:file_close}
+La funzione \func{close} permette di chiudere un file, in questo modo il file
+descriptor ritorna disponibile; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{unistd.h}{int close(int fd)}
+ Chiude il descrittore \var{fd}.
+
+ La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 n caso di errore. In questo
+ caso \var{errno} è settata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{EBADF} \var{fd} non è un descrittore valido.
+ \item \macro{EINTR} la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ ed \macro{EIO}.
+\end{prototype}
+
+La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking} è
+trattato in \secref{sec:file_locking}) che il processo poteva avere acquisito
+su di esso; se \var{fd} è ultimo (di eventuali copie) riferimento ad un file
+aperto, tutte le risorse nella file table vengono rilasciate. Infine se il
+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
+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
+implementano la tecnica del \textit{write-behind}, per cui una \func{write}
+può avere successo anche se i dati non sono stati scritti, un eventuale errore
+di I/O allora può sfuggire, ma verrà riportato alla chiusura del file: per
+questo motivo non effettuare il controllo può portare ad una perdita di dati
+inavvertita; in Linux questo comportamento è stato osservato con NFS e le
+quote su disco.
+
+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).
+
+
\subsection{La funzione \func{lseek}}
\label{sec:file_lseek}
+Come già accennato in \secref{sec:file_fd} a ciascun file aperto è associata
+una \textsl{posizione corrente nel file} (il cosiddetto \textit{file offset},
+mantenuto nel campo \var{f\_pos} di \var{file}) espressa da un numero intero
+positivo come numero di bytes dall'inizio del file. Tutte le operazioni di
+lettura e scrittura avvengono a partire da questa posizione che viene
+automaticamente spostata in avanti del numero di byte letti o scritti.
+
+In genere (a meno di non avere richiesto la modalità \macro{O\_APPEND}) questa
+posizione viene settata a zero all'apertura del file. È possibile settarla ad
+un valore qualsiasi con la funzione \func{lseek}, il cui prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \funcdecl{off\_t lseek(int fd, off\_t offset, int whence)}
+ La funzione setta la posizione attuale nel file.
+
+ La funzione ritorna valore della posizione corrente in caso di successo e -1
+ in caso di errore nel qual caso \var{errno} viene settata ad uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{ESPIPE} \var{fd} è una pipe, un socket o una fifo.
+ \item \macro{EINVAL} \var{whence} non è un valore valido.
+ \end{errlist}
+ e \macro{EBADF}.
+\end{functions}
+
+La nuova posizione è settata usando il valore specificato da \var{offset},
+sommato al riferimento dato da \var{whence}; quest'ultimo può assumere i
+seguenti valori\footnote{per compatibilità con alcune vecchie notazioni
+ questi valori possono essere rimpiazzati rispettivamente con 0, 1 e 2 o con
+ \macro{L\_SET}, \macro{L\_INCR} e \macro{L\_XTND}}:
+\begin{description}
+\item \macro{SEEK\_SET} si fa riferimento all'inizio del file: il valore di
+ \var{offset} è la nuova posizione.
+\item \macro{SEEK\_CUR} si fa riferimento alla posizione corrente del file:
+ \var{offset} che può essere negativo e positivo.
+\item \macro{SEEK\_END} si fa riferimento alla fine del file: il valore di
+ \var{offset} può essere negativo e positivo.
+\end{description}
+
+Come accennato in \secref{sec:file_file_size} con \func{lseek} è possibile
+settare la posizione corrente anche al di la della fine del file, e alla
+successiva scrittura il file sarà esteso. La chiamata non causa nessuna
+attività di input/output, si limita a modificare la posizione corrente nel
+kernel (cioè \var{f\_pos} in \var{file}, vedi \figref{fig:file_proc_file}).
+
+Dato che la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero per
+\func{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando la
+funzione con \func{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR}.
+
+Si tenga presente inoltre che usare \macro{SEEK\_END} non assicura affatto che
+successiva scrittura avvenga alla fine del file, infatti se questo è stato
+aperto anche da un altro processo che vi ha scritto, la fine del file può
+essersi spostata, ma noi scriveremo alla posizione settata in precedenza.
+Questa è una potenziale sorgente di \textit{race condition}, e quando si vuole
+essere sicuri di scrivere alla fine del file questo deve essere posto in
+modalità \macro{O\_APPEND}.
+
+Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in
+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
+ 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:
+\begin{prototype}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \funcdecl{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)}
+
+ La funzione cerca di leggere \var{count} bytes dal file \var{fd} al buffer
+ \var{buf}.
+
+ La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e -1 in
+ caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene settata ad uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{EINTR} la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
+ aver letto quasiasi dato.
+ \item \macro{EAGAIN} la funzione non aveva nessun dato da restituire e si
+ era aperto il file in modalità \macro{O\_NONBLOCK}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EIO}, \macro{EISDIR}, \macro{EBADF},
+ \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT}.
+\end{prototype}
+
+
\subsection{La funzione \func{write}}
\label{sec:file_write}
\section{Funzioni avanzate}
\label{sec:file_adv_func}
+
\subsection{La condivisione dei files}
\label{sec:file_sharing}
-
Si noti che i flag di stato del file, quelli settati dal parametro \var{flag}
di \func{open}, essendo tenuti nella vode sulla file table, vengono condivisi,
ai file sono però associati anche altri flag, (tenuti invece nella struttura
\subsection{La funzione \func{ioctl}}
\label{sec:file_ioctl}
-
-
-
-
projects / gapil.git / blobdiff