-\chapter{I files: l'interfaccia I/O di unix}
+\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 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}.
-\section{I file descriptors}
-\label{sec:fileunix_fd}
+
+\section{L'architettura di base}
+\label{sec:file_base_arch}
+
+In questa sezione faremo una breve introduzione sulla architettura su cui è
+basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con
+differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in
+ogni implementazione di unix.
+
+
+\subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}}
+\label{sec:file_fd}
+
+Per poter accedere al contenuto di un file occorre creare un canale di
+comunicazione con il kernel che renda possibile operare su di esso (si ricordi
+quanto visto in \secref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa aprendo il file con
+la funzione \func{open} che provvederà a localizzare l'inode del file e
+inizializzare le funzioni che il VFS mette a disposizione (riportate in
+\tabref{tab:file_file_operations}). Una volta terminate le operazioni, il file
+dovrà essere chiuso, e questo chiuderà il canale di comunicazione impedendo
+ogni ulteriore operazione.
+
+All'interno di ogni processo i file aperti sono identificati da un intero non
+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 descriptor} come argomento.
+
+Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come è
+che il kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Il kernel mantiene
+sempre un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \textit{process table}
+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 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*}
+\item i flag relativi ai file descriptor.
+\item il numero di file aperti.
+\item una tabella che contiene un puntatore alla relativa voce nella
+ \textit{file table} per ogni file aperto.
+\end{itemize*}
+il \textit{file descriptor} in sostanza è l'intero positivo che indicizza
+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
+\var{file}; in ciascuna di esse sono tenute varie informazioni relative al
+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 (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.
+%\item un puntatore alla tabella delle funzioni \footnote{la struttura
+% \var{f\_op} descritta in \secref{sec:file_vfs_work}} che si possono usare
+% sul file.
+\end{itemize*}
+
+In \figref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata
+questa architettura, in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le varie
+strutture di dati sulla quale essa è basata.
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/procfile}
+ \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso
+ l'interfaccia dei \textit{file descriptor}}
+ \label{fig:file_proc_file}
+\end{figure}
+Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per
+capire i dettagli del funzionamento delle dell'interfaccia dei \textit{file
+ descriptor}.
+
+
+\subsection{I file standard}
+\label{sec:file_std_descr}
+
+Come accennato i \textit{file descriptor} non sono altro che un indice nella
+tabella dei file aperti di ciascun processo; per questo motivo essi vengono
+assegnati in successione tutte le volte che si apre un nuovo file (se non se
+ne è chiuso nessuno in precedenza).
+
+In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni
+processo viene lanciato con almeno tre file aperti. Questi, per quanto
+dicevamo prima, avranno come \textit{file descriptor} i valori 0, 1 e 2.
+Benché questa sia soltanto una convenzione, essa è seguita dalla gran parte
+delle applicazioni, e non aderirvi potrebbe portare a gravi problemi di
+interoperabilità.
+
+Il primo file è sempre associato a quello che viene chiamato \textit{standard
+ input}, è cioè il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in
+ingresso (nel caso della shell, è associato alla lettura della tastiera); il
+secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè il file su cui ci
+si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita (sempre nel caso della
+shell, è il terminale su cui si sta scrivendo), il terzo è lo \textit{standard
+ error}, su cui viene inviato l'output relativo agli errori.
+Lo standard POSIX.1 provvede tre costanti simboliche, definite nell'header
+\file{unistd.h}, al posto di questi valori numerici:
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
+ input} \\
+ \macro{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
+ output} \\
+ \macro{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard
+ error}\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti definite in \file{unistd.h} per i file standard aperti
+ alla creazione di ogni processo.}
+ \label{tab:file_std_files}
+\end{table}
+
+In \curfig\ si è utilizzata questa situazione come esempio, facendo
+riferimento ad un programma in cui lo \textit{standard input} è associato ad
+un file mentre lo \textit{standard output} e lo \textit{standard error} sono
+entrambi associati ad un altro file (e quindi utilizzano lo stesso inode).
+
+Nelle vecchie versioni di unix (ed anche in Linux fino al kernel 2.0.x) il
+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 da un vettore ad una linked list, ma restano i
+limiti imposti dall'amministratore (vedi \secref{sec:sys_limits}).
+
\section{Le funzioni base}
-\label{sec:fileunix_base_func}
+\label{sec:file_base_func}
+
+L'interfaccia standard unix per l'input/output sui file è basata su cinque
+funzioni fondamentali \func{open}, \func{read}, \func{write}, \func{lseek} e
+\func{close}, usate rispettivamente per aprire, leggere, scrivere, spostarsi e
+chiudere un file.
+
+La gran parte delle operazioni sui file si effettua attraverso queste cinque
+funzioni, esse vengono chiamate anche funzioni di I/O non bufferizzato dato
+che effettuano le operazioni di lettura e scrittura usando direttamente le
+system call del kernel.
+
+
+\subsection{La funzione \func{open}}
+\label{sec:file_open}
+
+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}
+ \headdecl{fcntl.h}
+ \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags)}
+ \funcdecl{int open(const char *pathname, int flags, mode\_t mode)}
+ Apre il file indicato da \var{pathname} nella modalità indicata da
+ \var{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi
+ specificati da \var{mode}.
+
+ 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}.
+ \item \macro{EISDIR} \var{pathname} indica una directory e si è tentato
+ l'accesso in scrittura.
+ \item \macro{ENOTDIR} si è specificato \macro{O\_DIRECTORY} e \var{pathname}
+ non è una directory.
+ \item \macro{ENXIO} si sono settati \macro{O\_NOBLOCK} o \macro{O\_WRONLY}
+ ed il file è una fifo che non viene letta da nessun processo o
+ \var{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è assente.
+ \item \macro{ENODEV} \var{pathname} si riferisce a un file di dispositivo
+ che non esiste.
+ \item \macro{ETXTBSY} si è cercato di accedere in scrittura all'immagine di
+ un programma in esecuzione.
+ \item \macro{ELOOP} si sono incontrati troppi link simbolici nel risolvere
+ pathname o si è indicato \macro{O\_NOFOLLOW} e \var{pathname} è un link
+ simbolico.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EACCES}, \macro{ENAMETOOLONG}, \macro{ENOENT},
+ \macro{EROFS}, \macro{EFAULT}, \macro{ENOSPC}, \macro{ENOMEM},
+ \macro{EMFILE} e \macro{ENFILE}.
+\end{functions}
+
+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.
+
+\begin{table}[!htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{12cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\
+ \hline
+ \hline % modalità 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 % modalità 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\protect\footnotemark\ 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\protect\footnotemark\ 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\footnotemark.\\
+ \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\footnotemark\ è sinonimo di
+ \macro{O\_NONBLOCK}.\\
+ \macro{O\_ASYNC} & apre il file per l'input/output in modalità
+ asincrona. Quando è settato viene generato un segnale di \macro{SIGIO}
+ tutte le volte che è disponibile dell'input sul file. \\
+ \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{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.}
+ \label{tab:file_open_flags}
+\end{table}
+
+\footnotetext[2]{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.}
+
+\footnotetext[3]{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.}
+
+\footnotetext[4]{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, vedi \secref{sec:file_atomic}.}
+
+\footnotetext[5]{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.}
+
+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
+\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.
+
+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{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 \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. 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
+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}
+\noindent adesso questa funzione resta solo per compatibilità con i vecchi
+programmi.
+
+
+\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 inoltre \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 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
+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} (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}}
+\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 byte 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}
+ ed inoltre \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{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\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{basedescript}
+
+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}, vedi
+\secref{sec:file_atomic}).
+
+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}
+
+
+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
+ \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 potuto leggere qualsiasi 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} ed eventuali altri errori dipendenti dalla
+ natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.
+\end{prototype}
+
+La funzione tenta di leggere \var{count} byte a partire dalla posizione
+corrente nel file; dopo la lettura la posizione è spostata automaticamente in
+avanti del numero di byte letti. Se \var{count} è zero la funzione
+restituisce zero senza nessun altro risultato.
+
+Si deve sempre tener presente che non è detto che la funzione \func{read}
+restituisca il numero di byte richiesto, ci sono infatti varie ragioni per cui
+la funzione può restituire un numero di byte inferiore. Questo è un
+comportamento normale e non un errore, che però bisogna sempre tenere
+presente.
+
+La prima e più ovvia di queste ragioni è che si è chiesto di leggere più byte
+di quanto il file ne contenga. In questo caso il file viene letto fino alla
+sua fine, e la funzione ritorna regolarmente il numero di byte letti
+effettivamente. Se ripetessimo la lettura \func{read} restituirebbe uno zero.
+La condizione raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene
+segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo, ripetere la
+lettura non avrebbe nessun effetto se non quello di continuare a ricevere zero
+come valore di ritorno.
+
+Con i \textsl{file regolari} questa è l'unica situazione in cui si può avere
+un numero di byte letti inferiore a quello richiesto, ma la situazione è
+invece normale quando si legge da un terminale, o su una pipe. In tal caso
+infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca e ritorna
+solo quando ne arrivano; se il numero di byte richiesti eccede quelli
+disponibili la funzione ritorna comunque, ma con un numero di byte inferiore.
+
+Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket,
+come vedremo in \secref{sec:sock_io_behav}), o per certi dispositivi come le
+unità a nastro che restituiscono un singolo blocco di dati alla volta.
+
+In realtà anche le due condizioni segnalate dagli errori \func{EINTR} e
+\func{EAGAIN} non sono errori. La prima si verifica quando la \func{read} è
+bloccata in attesa di dati in ingresso e viene interrotta da un segnale; in
+tal caso l'azione da prendere è quella di rieseguire la funzione. Torneremo
+sull'argomento in \secref{sec:signal_xxx}.
+
+La seconda si verifica quando il file è in modalità non bloccante e non ci
+sono dati in ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore
+\macro{EAGAIN}\footnote{sotto BSD questo per questo errore viene usata la
+ costante \macro{EWOULDBLOCK}, in GNU/Linux questa è sinonima di
+ \macro{EAGAIN}.} indicando che occorrerà provare a ripetere la lettura.
+
+
+Lo standard Unix98\footnote{questa funzione, e l'analoga \func{pwrite} sono
+ state aggiunte nel kernel 2.1.60, il supporto nelle \acr{glibc}, compresa
+ l'emulazione per i vecchi kernel che non hanno la system call, è stato
+ aggiunto con la versione 2.1} (vedi \secref{sec:intro_opengroup}) prevede la
+definizione di un'altra funzione di lettura, \func{pread}, che diventa
+accessibile con la definizione:
+\begin{verbatim}
+ #define _XOPEN_SOURCE 500
+\end{verbatim}
+il prototipo di questa funzione è:
+\begin{prototype}{unistd.h}
+{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
+
+La funzione cerca di leggere \var{count} byte dal file \var{fd}, a partire
+dalla posizione \var{offset}, nel 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 secondo i valori già visti
+per \func{read} e \func{lseek}.
+\end{prototype}
+
+Questa funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza
+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}
+
+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}.
+
+ La funzione ritorna il numero di byte scritti 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{EINVAL} \var{fd} è connesso ad un oggetto che non consente la
+ scrittura.
+ \item \macro{EFBIG} si è cercato di scrivere oltre la dimensione massima
+ consentita dal filesystem o il limite per le dimensioni dei file del
+ processo o su una posizione oltre il massimo consentito.
+ \item \macro{EPIPE} \var{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è
+ chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale
+ \macro{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la
+ funzione ritorna questo errore.
+ \item \macro{EINTR} la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
+ aver potuto scrivere qualsiasi 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{ENOSPC}, \macro{EINVAL} e \macro{EFAULT} ed eventuali altri errori
+ dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \var{fd}.
+\end{prototype}
+
+Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \var{count} byte a
+partire dalla posizione corrente nel file e sposta automaticamente la
+posizione in avanti del numero di byte scritti. Se il file è aperto in
+modalità \macro{O\_APPEND} i dati vengono sempre scritti alla fine del file.
+Lo standard POSIX richiede che i dati scritti siano immediatamente disponibili
+ad una \func{read} chiamata dopo che la \func{write} che li ha scritti è
+ritornata; ma dati i meccanismi di caching non è detto che tutti i filesystem
+supportino questa capacità.
+
+Se \var{count} è zero la funzione restituisce zero senza fare nient'altro. Per
+i file ordinari il numero di byte scritti è sempre uguale a quello indicato
+da \var{count}, a meno di un errore. Negli altri casi si ha lo stesso
+comportamento di \func{read}.
+
+Anche per \func{write} lo standard Unix98 definisce una analoga per scrivere
+alla posizione indicata senza modificare la posizione corrente nel file, il
+suo prototipo è:
+\begin{prototype}{unistd.h}
+{ssize\_t pwrite(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)}
+
+La funzione cerca di scrivere sul file \var{fd}, a partire dalla posizione
+\var{offset}, \var{count} byte dal 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 secondo i valori già visti
+per \func{write} e \func{lseek}.
+\end{prototype}
+
+
+
+\section{Caratteristiche avanzate}
+\label{sec:file_adv_func}
+
+In questa sezione approfondiremo alcune delle caratteristiche più sottili
+della gestione file in un sistema unix-like, esaminando in dettaglio il
+comportamento delle funzioni base, inoltre tratteremo alcune funzioni che
+permettono di eseguire operazioni avanzate con i file.
+
+
+\subsection{La condivisione dei files}
+\label{sec:file_sharing}
+
+In \secref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura
+dell'interfaccia coi file da parte di un processo, mostrando in
+\figref{fig:file_proc_file} le principali strutture usate dal kernel;
+esamineremo ora in dettaglio le conseguenze che questa architettura ha nei
+confronti dell'accesso allo stesso file da parte di processi diversi.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/filemultacc}
+ \caption{Schema dell'accesso allo stesso file da parte di due processi
+ diversi}
+ \label{fig:file_mult_acc}
+\end{figure}
+
+Il primo caso è quello in cui due processi diversi che aprono lo stesso file
+su disco; sulla base di quanto visto in \secref{sec:file_fd} avremo una
+situazione come quella illustrata in \figref{fig:file_mult_acc}: ciascun
+processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un
+diverso file descriptor nella sua \var{file\_struct}. Entrambe le voci nella
+\textit{file table} faranno però riferimento allo stesso inode su disco.
+
+Questo significa che ciascun processo avrà la sua posizione corrente sul file,
+la sua modalità di accesso e versioni proprie di tutte le proprietà che
+vengono mantenute nella sua voce della \textit{file table}. Questo ha
+conseguenze specifiche sugli effetti della possibile azione simultanea sullo
+stesso file, in particolare occorre tenere presente che:
+\begin{itemize}
+\item ciascun processo può scrivere indipendentemente; dopo ciascuna
+ \func{write} la posizione corrente sarà cambiata solo nel processo. Se la
+ scrittura eccede la dimensione corrente del file questo verrà esteso
+ automaticamente con l'aggiornamento del campo \var{i\_size} nell'inode.
+\item se un file è in modalità \macro{O\_APPEND} tutte le volte che viene
+ effettuata una scrittura la posizione corrente viene prima settata alla
+ dimensione corrente del file letta dall'inode. Dopo la scrittura il file
+ viene automaticamente esteso.
+\item l'effetto di \func{lseek} è solo quello di cambiare il campo \var{f\_pos}
+ nella struttura \var{file} della \textit{file table}, non c'è nessuna
+ operazione sul file su disco. Quando la si usa per porsi alla fine del file
+ la posizione viene settata leggendo la dimensione corrente dall'inode.
+\end{itemize}
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=14cm]{img/fileshar}
+ \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio}
+ \label{fig:file_acc_child}
+\end{figure}
+
+È comunque possibile che due file descriptor di due processi diversi puntino
+alla stessa voce nella \textit{file table}; questo è ad esempio il caso dei
+file aperti che vengono ereditati dal processo figlio all'esecuzione di una
+\func{fork} (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_fork}). La situazione
+è illustrata in \figref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio
+riceve una copia dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia
+di \var{file\_struct} e relativa tabella dei file aperti.
+
+In questo modo padre e figlio avranno gli stessi file descriptor che faranno
+riferimento alla stessa voce nella \textit{file table}, condividendo così la
+posizione corrente sul file. Questo ha le conseguenze descritte a suo tempo in
+\secref{sec:proc_fork}: in caso di scrittura contemporanea la posizione
+corrente nel file varierà per entrambi i processi (in quanto verrà modificato
+\var{f\_pos} che è la stesso per entrambi).
+
+Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli settati dal
+parametro \var{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della
+\textit{file table} (il campo \var{f\_flag} di \var{file}), vengono in questo
+caso condivisi. Ai file però sono associati anche altri flag (l'unico usato al
+momento è \macro{FD\_CLOEXEC}), detti \textit{file descriptor flags}, tenuti
+invece in \var{file\_struct}; questi sono specifici di ciascun processo, e non
+vengono toccati anche in caso di condivisione della voce della \textit{file
+ table}.
+
+
+
+\subsection{Operazioni atomiche coi file}
+\label{sec:file_atomic}
+
+Come si è visto in un sistema unix è sempre possibile per più processi
+accedere in contemporanea allo stesso file, e che le operazioni di lettura e
+scrittura possono essere fatte da ogni processo in maniera autonoma in base
+ad una posizione corrente nel file che è locale a ciascuno di essi.
+
+Se dal punto di vista della lettura dei dati questo non comporta nessun
+problema, quando si andrà a scrivere le operazioni potranno mescolarsi in
+maniera imprevedibile. Il sistema però fornisce in alcuni casi la possibilità
+di eseguire alcune operazioni di scrittura in maniera coordinata anche senza
+utilizzare meccanismi di sincronizzazione più complessi (come il \textit{file
+ locking}, che esamineremo in \secref{cha:file_advanced}).
+
+Un caso tipico di necessità di accesso condiviso in scrittura è quello in cui
+vari processi devono scrivere alla fine di un file (ad esempio un file di
+log). Come accennato in \secref{sec:file_lseek} settare la posizione alla fine
+del file e poi scrivere può condurre ad una \textit{race condition}: infatti
+può succedere che un secondo processo scriva alla fine del file fra la
+\func{lseek} e la \func{write}; in questo caso, come abbiamo appena visto, il
+file sarà esteso, ma il nostro primo processo avrà ancora la posizione
+corrente settata con la \func{lseek} che non corrisponde più alla fine del
+file, e la successiva \func{write} sovrascriverà i dati del secondo processo.
+
+Il problema è che usare due system call in successione non è una operazione
+atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità
+\macro{O\_APPEND}, in questo caso infatti, come abbiamo visto, è il kernel che
+aggiorna automaticamente la posizione alla fine del file prima di effettuare
+la scrittura, e poi estende il file. Tutto questo avviene all'interno di una
+singola system call (la \func{write}) che non essendo interrompibile da un
+altro processo costituisce una operazione atomica.
+
+Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole
+creare un file di lock, bloccandosi se il file esiste. In questo caso la
+sequenza logica porterebbe a verificare prima l'esistenza del file con una
+\func{stat} per poi crearlo con una \func{creat}; di nuovo avremmo la
+possibilità di una race condition da parte di un altro processo che crea lo
+stesso file fra il controllo e la creazione.
+
+Per questo motivo sono stati introdotti i due flag \macro{O\_CREAT} e
+\macro{O\_EXCL}, in questo modo l'operazione di controllo dell'esistenza del
+file (con relativa uscita dalla funzione con un errore) e creazione in caso di
+assenza, diventa atomica essendo svolta tutta all'interno di una singola
+\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 con il filesystem
+ \acr{ext2}, quando questo viene montato 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}
+
+Abbiamo già visto in \secref{sec:file_sharing} come un processo figlio
+condivida gli stessi file descriptor del padre; è possibile però ottenere un
+comportamento analogo all'interno di uno stesso processo \textit{duplicando}
+un file descriptor. Per far questo si usa la funzione \func{dup} il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)}
+
+ La funzione crea una copia del file descriptor \param{oldfd}.
+
+ La funzione ritorna il nuovo file descriptor 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{EBADF} \param{oldfd} non è un file aperto.
+ \item \macro{EMFILE} si è raggiunto il numero massimo consentito di file
+ descriptor aperti.
+ \end{errlist}
+\end{prototype}
+
+La funzione ritorna, come \func{open}, il primo file descriptor libero. Il
+file descriptor è una copia esatta del precedente ed entrambi possono essere
+interscambiati nell'uso. Per capire meglio il funzionamento della funzione si
+può fare riferimento a \figref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è
+semplicemente quello di copiare il valore nella struttura \var{file\_struct},
+cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento alla stessa voce
+nella \textit{file table}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering \includegraphics[width=14cm]{img/filedup}
+ \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati}
+ \label{fig:file_dup}
+\end{figure}
+
+In questo modo entrambi i file condivideranno eventuali lock, \textit{file
+ status flag}, e posizione corrente: se ad esempio \func{lseek} modifica la
+posizione su uno dei due file descriptor essa sarà modificata anche sull'altro
+(al solito viene modificato lo stesso campo nella voce della \textit{file
+ table} a cui entrambi fanno riferimento).
-L'interfaccia standard unix per l'input/output sui file è su cinque funzioni
-\texttt{open}, \texttt{read}, \texttt{write}, \texttt{lseek}, \texttt{close}
+L'unica differenza fra i due file descriptor è che ciascuno avrà il suo
+\textit{file descriptor flag}; nel caso di \func{dup} il flag di \textit{close
+ on exec} viene sempre cancellato nella copia.
+Una diversa versione della funzione, \func{dup2} viene utilizzata per
+specificare esplicitamente il nuovo file descriptor; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)}
+
+ La funzione rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}.
+
+ La funzione ritorna il nuovo file descriptor 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{EBADF} \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha un
+ valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor.
+ \item \macro{EMFILE} si è raggiunto il numero massimo consentito di file
+ descriptor aperti.
+ \end{errlist}
+\end{prototype}
+\noindent la funzione chiude il file descriptor \param{newfd} se è aperto.
-\subsection{La funzione \texttt{open}}
-\label{sec:fileunix_open}
+La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la
+funzione di controllo dei file \func{fnctl} (che esamineremo in
+\secref{sec:file_fcntl}) con il parametro \macro{F\_DUPFD}.
-\subsection{La funzione \texttt{creat}}
-\label{sec:fileunix_creat}
+L'operazione ha la sintassi \func{fnctl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0
+come valore per \param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. La sola
+differenza, a parte i codici di errore, è che \func{dup2} chiude il nuovo file
+se è già aperto mentre \func{fcntl} apre il primo disponibile con un valore
+superiore, per cui per poterla usare come \func{dup2} occorrerebbe prima
+effettuare una \func{close}, perdendo l'atomicità dell'operazione.
-\subsection{La funzione \texttt{close}}
-\label{sec:fileunix_close}
+L'uso principale di queste funzioni è per la redirezione dell'input e
+dell'output fra l'esecuzione di una \func{fork} e la successiva \func{exec};
+diventa così possibile associare un file (o una pipe) allo standard input o
+allo standard output, torneremo su questo uso più avanti quando tratteremo le
+pipe.
-\subsection{La funzione \texttt{lseek}}
-\label{sec:fileunix_lseek}
-\subsection{La funzione \texttt{read}}
-\label{sec:fileunix_read}
+\subsection{La funzione \func{fcntl}}
+\label{sec:file_fcntl}
-\subsection{La funzione \texttt{write}}
-\label{sec:fileunix_write}
+Oltre alle operazioni base esaminate in \secref{sec:file_base_func} esistono
+tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file
+descriptor. Per queste operazioni di manipolazione delle varie proprietà di un
+file descriptor viene usata la funzione \func{fcntl} il cui prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \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)}
+ La funzione esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd}
+ sul file \param{fd}.
+
+ La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda dell'operazione. In caso
+ di errore il valore di ritorno è -1 e la variabile \var{errno} viene settata
+ ad un opportuno codice, quelli validi in generale sono:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{EBADF} \param{oldfd} non è un file aperto.
+ \end{errlist}
+\end{functions}
-\section{La condivisione dei files}
-\label{sec:fileunix_sharing}
+Il comportamento di questa funzione è determinato dal valore del comando
+\param{cmd} che le viene fornito; in \secref{sec:file_dup} abbiamo incontrato
+un esempio per la duplicazione dei file descriptor, una lista dei possibili
+valori è riportata di seguito:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\item[\macro{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore
+ maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \var{fd}. In caso di
+ successo ritorna il nuovo file descriptor. Gli errori possibili sono
+ \macro{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore del massimo consentito o
+ \macro{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il massimo numero di
+ descrittori consentito.
+\item[\macro{F\_SETFD}] setta il valore del \textit{file descriptor flag}
+ al valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è
+ quello di \textit{close on exec}, identificato dalla costante
+ \macro{FD\_CLOEXEC}.
+\item[\macro{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di
+ \var{fd}, se \macro{FD\_CLOEXEC} è settato i file descriptor aperti vengono
+ chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti (il default) restano aperti.
+\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}).
+\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.
-\subsection{Operazioni atomiche}
-\label{sec:fileunix_atomic}
+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}.
-\section{Funzioni avanzate}
-\label{sec:fileunix_adv_func}
-\subsection{La funzioni \texttt{dup} e \texttt{dup2}}
-\label{sec:fileunix_dup}
-\subsection{La funzione \texttt{fcntl}}
-\label{sec:fileunix_fcntl}
+\subsection{La funzione \func{ioctl}}
+\label{sec:file_ioctl}
-\subsection{La funzione \texttt{fcntl}}
-\label{sec:fileunix_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