From: Simone Piccardi Date: Tue, 31 Jan 2012 23:58:54 +0000 (+0000) Subject: Rimossi vecchie versioni dei due capitoli sostituiti e altro materiale X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=commitdiff_plain;h=8fb2646cc3cba04b2a7c581056feb9bf1fff0f8b Rimossi vecchie versioni dei due capitoli sostituiti e altro materiale sui flag di open. --- diff --git a/fileio.tex b/fileio.tex index be7fa76..f2aea20 100644 --- a/fileio.tex +++ b/fileio.tex @@ -339,84 +339,97 @@ costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. \end{table} A differenza di tutti gli altri flag che vedremo in seguito, in questo caso -non si ha a che fare con singoli bit separati, ma con un numero composto da -due bit, e che può essere ottenuto dal valore dei \itindex{file~status~flag} -\textit{file status flags} con un AND aritmetico con la maschera binaria -\const{O\_ACCMODE}. Questo significa ad esempio che la combinazione -\code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto equivalente a -\const{O\_WRONLY}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà su Linux, dove - i valori per le tre costanti di tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono - rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il valore $3$ viene usato con un significato - speciale ed assolutamente fuori standard, disponibile solo per i file di - dispositivo e solo per alcuni driver, in cui si richiede la verifica della - capacità di accesso in lettura e scrittura ma viene restituito in file - descriptor che non può essere letto o scritto ma solo usato con una - \func{ioctl} (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}).} - -Una modalità di accesso al file deve sempre essere specificata quando si apre -un file, il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei +non si ha a che fare con singoli bit separati dell'argomento \param{flags}, ma +con un numero composto da due bit. Questo significa ad esempio che la +combinazione \code{\const{O\_RDONLY}|\const{O\_WRONLY}} non è affatto +equivalente a \const{O\_WRONLY}, e non deve essere usata.\footnote{in realtà + su Linux, dove i valori per le tre costanti di + tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag} sono rispettivamente $0$, $1$ e $2$, il + valore $3$ viene usato con un significato speciale ed assolutamente fuori + standard, disponibile solo per i file di dispositivo e solo per alcuni + driver, in cui si richiede la verifica della capacità di accesso in lettura + e scrittura ma viene restituito un file descriptor che non può essere letto + o scritto, ma solo usato con una \func{ioctl} (vedi + sez.~\ref{sec:file_ioctl}).} + +La modalità di accesso deve sempre essere specificata quando si apre un file, +il valore indicato in \param{flags} viene salvato nei \itindex{file~status~flag} \textit{file status flags}, e può essere riletto -con \func{fcntl}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono -definite \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRITE} -come sinonimo di \const{O\_WRONLY} ed una \const{O\_EXEC} che non esiste su -Linux per l'apertura per l'esecuzione.\footnote{si tratta di definizioni - completamente fuori standard, che suppongono anche l'uso di bit distinti, ed - non è il caso di utilizzarle anche quando coincidenti con quelle di Linux.} +con \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}), il relativo valore può +essere poi ottenuto un AND aritmetico della maschera binaria +\const{O\_ACCMODE}, ma non può essere modificato. Nella \acr{glibc} sono +definite inoltre \const{O\_READ} come sinonimo di \const{O\_RDONLY} e +\const{O\_WRITE} come sinonimo di \const{O\_WRONLY}.\footnote{si tratta di + definizioni completamente fuori standard, attinenti insieme a + \const{O\_EXEC}, che permetterebbe l'apertura di un file per l'esecuzione, + ad un non meglio precisato ``\textit{GNU system}''; pur essendo equivalenti + alle definizioni classiche non è comunque il caso di utilizzarle.} Il secondo gruppo di flag è quello delle \textsl{modalità di apertura},\footnote{la pagina di manuale di \func{open} parla di - \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi non hanno nulla a che fare - con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di più - correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il cui - significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che 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 \itindex{file~status~flag} \textit{file status - flags} né possono essere riletti. + \textit{file creation flags}, ma alcuni di questi flag non hanno nulla a che + fare con la creazione dei file, mentre il manuale dalla \acr{glibc} parla di + più correttamente di \textit{open-time flags}, dato che si tratta di flag il + cui significato ha senso solo al momento dell'apertura del file.} che +permettono di specificare alcune delle caratteristiche del comportamento di +\func{open} nel momento in viene eseguita per aprire un file. Questi flag +hanno effetto solo nella chiamata della funzione, non sono memorizzati fra i +\itindex{file~status~flag} \textit{file status flags} e non possono essere +riletti da \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}). \begin{table}[htb] \centering \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|p{8 cm}|} + \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|} \hline \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\ \hline \hline \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole di titolarità del file viste in - sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Con - questa opzione l'argomento \param{mode} deve - essere specificato.\\ + sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Se si + imposta questo flag l'argomento \param{mode} deve + essere sempre specificato.\\ \const{O\_DIRECTORY}& Se \param{pathname} non è una directory la - chiamata fallisce (dal kernel 2.1.126). Questo - flag è specifico di Linux ed è stato introdotto - per evitare dei \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} - \textit{DoS}\footnotemark\\ quando \func{opendir} + chiamata fallisce. Questo flag, introdotto con il + kernel 2.1.126, è specifico di Linux e + serve ad evitare dei possibili + \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} + \textit{DoS}\footnotemark quando \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un dispositivo associato ad una unità a nastri. Non viene - utilizzato al di fuori dell'implementazione di - \func{opendir}.\\ - \const{O\_EXCL} & Se usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa - richiede che il file indicato da \param{pathname} - non esista (altrimenti causa un errore di - \errcode{EEXIST}).\\ - \const{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.\\ + usato al di fuori dell'implementazione di + \func{opendir}, ed è utilizzabile soltanto se si è + definata la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ + \const{O\_EXCL} & Deve essere usato in congiunzione con + \const{O\_CREAT} ed in tal caso impone che il file + indicato da \param{pathname} non sia già esistente + (altrimenti causa il fallimento della chiamata con + un errore di \errcode{EEXIST}).\\ + \const{O\_LARGEFILE}& Viene usato sui sistemi a 32 bit per richiedere + l'apertura di file molto grandi, la cui + dimensione non è rappresentabile con la versione a + 32 bit del tipo \type{off\_t}, utilizzando + l'interfaccia alternativa abilitata con la + macro \macro{\_LARGEFILE64\_SOURCE}. Come + illustrato in sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} è + sempre preferibile usare la conversione automatica + delle funzioni che si attiva assegnando a $64$ la + macro \macro{\_FILE\_OFFSET\_BITS} e non usare mai + questo flag.\\ \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di terminale, questo non diventerà il terminale di controllo, anche se il processo non ne ha ancora uno (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ \const{O\_NOFOLLOW} & Se \param{pathname} è un collegamento simbolico la chiamata fallisce. Questa è un'estensione BSD - aggiunta in Linux dal kernel 2.1.126. Nelle - versioni precedenti i collegamenti simbolici sono - sempre seguiti, e questa opzione è ignorata.\\ + aggiunta in Linux a partire dal kernel + 2.1.126 ed utilizzabile soltanto se si è definata + la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura, ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o una fifo viene ignorato, negli altri casi il - comportamento di \func{open} non è specificato.\\ + comportamento non è specificato.\\ \hline \end{tabular} \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di apertura} di @@ -429,123 +442,180 @@ funzione e non sono memorizzati \itindex{file~status~flag} \textit{file status causando una qualche forma di carico eccessivo per il sistema, che resta bloccato nelle risposte all'attacco.} +Si è riportato in tab.~\ref{tab:open_time_flag} l'elenco dei flag delle +\textsl{modalità di apertura}.\footnote{la \acr{glibc} definisce anche i due + flag \const{O\_SHLOCK}, che aprirebbe il file con uno \textit{shared lock} e + \const{O\_EXLOCK} che lo aprirebbe con un \textit{exclusive lock} (vedi + sez.~\ref{sec:file_locking}, si tratta di opzioni specifiche di BSD, che non + esistono con Linux.} Uno di questi, \const{O\_EXCL}, ha senso solo se usato +in combinazione a \const{O\_CREAT} quando si vuole creare un nuovo file per +assicurarsi che questo non esista di già, e lo si usa spesso per creare i +cosiddetti \index{file!di lock} ``\textsl{file di lock}'' (vedi +sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). Si tenga presente che questa opzione è +supportata su NFS solo a partire da NFSv3 e con il kernel 2.6, nelle versioni +precedenti la funzionalità viene emulata controllando prima l'esistenza del +file per cui usarla per creare \index{file!di lock} un file di lock potrebbe +dar luogo a una \itindex{race~condition} \textit{race condition}.\footnote{un + file potrebbe venir creato fra il controllo la successiva apertura + \const{O\_CREAT}, la cosa si può risolvere comunque creando un file con un + nome univoco ed usando la funzione \func{link} per creare il \index{file!di + lock} file di lock, (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).} + +Se si usa \const{O\_EXCL} senza \const{O\_CREAT} il comportamento è +indefinito. Nella creazione di un file con \const{O\_CREAT} occorre sempre +specificare l'argomento di \param{mode}, che altrimenti è ignorato. Si tenga +presente che indipendentemente dai permessi che si possono assegnare, che +potrebbero non consentire in seguito lettura o scrittura, quando il file viene +aperto l'accesso viene garantito secondo quanto richiesto con i flag di +tab.~\ref{tab:open_access_mode_flag}. Quando viene creato un nuovo file +\const{O\_CREAT} con tutti e tre i tempi del file di +tab.~\ref{tab:file_file_times} vengono impostati al tempo corrente. Se invece +si tronca il file con \const{O\_TRUNC} verranno impostati soltanto il +\textit{modification time} e lo \textit{status change time}. +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|} + \hline + \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\ + \hline + \hline + \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode} + \textit{append mode}. La posizione sul file (vedi + sez.~\ref{sec:file_lseek}) viene sempre mantenuta + sulla sua coda, per cui quanto si scrive + viene sempre aggiunto al contenuto precedente. Con + NFS questa funzionalità non è supportata + e viene emulata, per questo possono verificarsi + \itindex{race~condition} \textit{race + condition} con una sovrapposizione dei dati se + più di un processo scrive allo stesso tempo. \\ + \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi + sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è + impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO} + tutte le volte che il file è pronto per le + operazioni di lettura o scrittura. Questo flag si + può usare solo terminali, pseudoterminali e socket + e, a partire dal kernel 2.6, anche sulle fifo.\\ + \const{O\_CLOEXEC}& Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec} + \textit{close-on-exec} (vedi + sez.~\ref{sec:proc_exec}) sul file. Il flag è + previsto dallo standard POSIX.1-2008, ed è stato + introdotto con il kernel 2.6.23 per evitare una + \itindex{race~condition} \textit{race condition} + che si potrebbe verificare con i \textit{thread} + fra l'apertura del file e l'impostazione della + suddetta modalità con \func{fcntl} (vedi + sez.~\ref{sec:file_fcntl}).\\ + \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dalla memoria in + \textit{user space} in maniera sincrona, in modo da + scavalcare i meccanismi di bufferizzazione del + kernel. Introdotto con il kernel 2.4.10 ed + utilizzabile soltanto se si è definita la + macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.\\ + \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei + file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per + molti filesystem questa funzionalità non è + disponibile per il singolo file ma come opzione + generale da specificare in fase di montaggio.\\ + \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in \textsl{modalità non bloccante} per + le operazioni di I/O (vedi + sez.~\ref{sec:file_noblocking}). Questo significa + il fallimento delle successive operazioni di + lettura o scrittura qualora il file non sia pronto + per la loro esecuzione immediata, invece del + blocco delle stesse in attesa di una successiva + possibilità di esecuzione come avviene + normalmente. Questa modalità ha senso solo per le + fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}), o quando + si vuole aprire un file di dispositivo per eseguire + una \func{ioctl} (vedi + sez.~\ref{sec:file_ioctl}).\\ + \const{O\_NDELAY} & In Linux è un sinonimo di \const{O\_NONBLOCK}, ma + origina da SVr4, dove però causava il ritorno da + una \func{read} con un valore nullo e non con un + errore, questo introduce un'ambiguità, dato che + come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno + di un valore nulla da parte di \func{read} ha + il significato di una \textit{end-of-file}.\\ + \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono. Ogni + scrittura di dati si bloccherà fino alla conferma + dell'arrivo di tutti i dati sull'hardware + sottostante.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Le costanti che identificano le \textit{modalità di operazione} di + un file.} + \label{tab:open_operation_flag} +\end{table} +Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione}, +riportati in tab.~\ref{tab:open_operation_flag}, che permettono di specificare +varie caratteristiche del comportamento delle operazioni di I/O che verranno +eseguite sul file. Tutti questi, tranne \const{O\_CLOEXEC}, che viene +mantenuto per ogni singolo file descriptor, vengono salvati nel campo +\var{f\_flags} della struttura \kstruct{file} insieme al valore della +\textsl{modalità di accesso} andando far parte dei cosiddetti \textit{file + status flags}. Il loro valore viene impostato alla chiamata di \func{open}, +ma possono essere riletti ed in alcuni anche modificati, con conseguente +effetto sulle caratteristiche operative che controllano, con \func{fcntl} +(vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}). -\footnote{la pagina di - manuale di \func{open} segnala che questa opzione è difettosa su NFS, e - che i programmi che la usano per stabilire un \index{file!di lock} - \textsl{file di lock} possono incorrere in una \itindex{race~condition} - \textit{race condition}. Si consiglia come alternativa di usare un file - con un nome univoco e la funzione \func{link} per verificarne - l'esistenza (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).} - - -\const{O\_SHLOCK} Apre il file con uno shared lock (vedi - sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD, assente in Linux. - -\const{O\_EXLOCK} Apre il file con un lock esclusivo (vedi - sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD, assente in Linux. - - -Il terzo gruppo è quello dei flag delle \textsl{modalità di operazione} che -permettono di specificare alcune caratteristiche del comportamento delle -future operazioni sul file (come \func{read} o \func{write}). Anch'essi fan -parte del \textit{file status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata -di \func{open}, ma possono essere riletti e modificati (insieme alle -caratteristiche operative che controllano) con una \func{fcntl}. - - -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}} +Il flag \const{O\_DIRECT} non è previsto da nessuno standard, anche se è +presente in alcuni kernel unix-like.\footnote{il flag è stato introdotto dalla + SGI in IRIX, ma è presente senza limiti di allineamento dei buffer anche in + FreeBSD.} Per i kernel della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in +\textit{user space} da cui si effettua il trasferimento diretto dei dati siano +allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem. Con il kernel 2.6 in +genere basta che siano allineati a multipli di 512 byte, ma le restrizioni +possono variare a seconda del filesystem, ed inoltre su alcuni filesystem può +non essere supportato nel qual caso si avrà un errore di \errval{EINVAL}. - \item[\const{O\_APPEND}] Il file viene aperto in \itindex{append~mode} - \textit{append mode}. Prima di ciascuna scrittura la posizione corrente - viene sempre impostata alla fine del file. Con NFS si può avere una - corruzione del file se più di un processo scrive allo stesso - tempo.\footnote{il problema è che NFS non supporta la scrittura in - \itindex{append~mode} \textit{append}, ed il kernel deve simularla, ma - questo comporta la possibilità di una \itindex{race~condition} - \textit{race condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}.} +Lo scopo di \const{O\_DIRECT} è consentire un completo controllo sulla +bufferizzazione dei propri dati per quelle applicazioni (in genere database) +che hanno esigenze specifiche che non vengono soddisfatte nella maniera più +efficiente dalla politica generica utilizzata dal kernel. In genere l'uso di +questo flag peggiora le prestazioni tranne quando le applicazioni sono in +grado di ottimizzare la propria bufferizzazione in maniera adeguata. Se lo si +usa si deve avere cura di non mescolare questo tipo di accesso con quello +ordinario, in quante le esigenze di mantenere coerenti i dati porterebbero ad +un peggioramento delle prestazioni. Lo stesso dicasi per l'interazione con +eventuale mappatura in memoria del file (vedi sez.~\ref{sec:file_memory_map}). - \item[\const{O\_ASYNC}] Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è impostato viene generato il - segnale \signal{SIGIO} tutte le volte che sono disponibili dati in input - sul file. +Si tenga presente infine che anche se l'uso di \const{O\_DIRECT} comporta +sostanzialmente una scrittura sincrona dei dati dei buffer in \textit{user + space}, questo non è completamente equivalente all'uso di \const{O\_SYNC} +che garantisce anche sulla scrittura sincrona dei metadati. Per questo in +genere è opportuno se si usa \const{O\_DIRECT} è opportuno richiedere anche +\const{O\_SYNC}. - \item[\const{O\_CLOEXEC}] Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec} - \textit{close-on-exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Introdotto con il - kernel 2.6.23, per evitare una \itindex{race~condition} \textit{race - condition} che si può verificare con i \itindex{thread} \textit{thread}, - fra l'apertura del file e l'impostazione della suddetta modalità con - \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}). +Si tenga presente infine che la implementazione di \const{O\_SYNC} di Linux +differisce da quanto previsto dallo standard POSIX.1 che prevede altri due +flag \const{O\_DSYNC} - \item[\const{O\_DIRECT}] Esegue l'I/O direttamente dai buffer in user space - in maniera sincrona, in modo da scavalcare i meccanismi di caching del - kernel. In genere questo peggiora le prestazioni tranne quando le - applicazioni ottimizzano il proprio caching.\footnote{l'opzione è stata - introdotta dalla SGI in IRIX, e serve sostanzialmente a permettere ad - alcuni programmi (in genere database) la gestione diretta della - bufferizzazione dell'I/O in quanto essi sono in grado di ottimizzarla al - meglio per le loro prestazioni; l'opzione è presente anche in FreeBSD, - senza limiti di allineamento dei buffer. In Linux è stata introdotta con - il kernel 2.4.10, le versioni precedenti la ignorano.} Per i kernel - della serie 2.4 si deve garantire che i buffer in user space siano - allineati alle dimensioni dei blocchi del filesystem; per il kernel 2.6 - basta che siano allineati a multipli di 512 byte. - \item[\const{O\_NOATIME}] Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei - file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per molti filesystem questa - funzionalità non è disponibile per il singolo file ma come opzione - generale da specificare in fase di montaggio. + diversi - \item[\const{O\_NONBLOCK}] Il file viene aperto in modalità non bloccante - per le operazioni di I/O (che tratteremo in - sez.~\ref{sec:file_noblocking}): questo significa il fallimento di - \func{read} in assenza di dati da leggere e quello di \func{write} in caso - di impossibilità di scrivere immediatamente. Questa modalità ha senso solo - per le fifo e per alcuni file di dispositivo. + \const{O\_FSYNC} Sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD. - \item[\const{O\_NONBLOCK}] Apre il file in modalità non bloccante, e - comporta che \func{open} ritorni immediatamente anche quando dovrebbe - bloccarsi (l'opzione ha senso solo per le fifo, vedi - sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}). + \const{O\_DSYNC} Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente + dal kernel 2.1.130 come sinonimo di + \const{O\_SYNC}. - \item[\const{O\_NDELAY}] In Linux è sinonimo di - \const{O\_NONBLOCK}.\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 un'ambiguità, dato che come vedremo in - sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno di zero da parte di \func{read} ha - il significato di una \textit{end-of-file}.} - \item[\const{O\_SYNC}] Apre il file per l'input/output sincrono: ogni - \func{write} bloccherà fino al completamento della scrittura di tutti i - dati sull'hardware sottostante. + \const{O\_RSYNC} & Variante analoga alla precedente, trattata allo + stesso modo. - \item[\const{O\_FSYNC}] Sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD. - \item[\const{O\_DSYNC}] Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente - dal kernel 2.1.130 come sinonimo di \const{O\_SYNC}. - \item[\const{O\_RSYNC}] Variante analoga alla precedente, trattata allo - stesso modo. -\end{basedescript} %TODO trattare le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella % nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ - -In tab.~\ref{tab:file_open_flags} 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 loro con -un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria) -dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open}. I due flag -\const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono estensioni specifiche di -Linux, e deve essere definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli -usare. - Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{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, diff --git a/filestd.tex b/filestd.tex deleted file mode 100644 index c189164..0000000 --- a/filestd.tex +++ /dev/null @@ -1,1686 +0,0 @@ -%% filestd.tex -%% -%% Copyright (C) 2000-2012 Simone Piccardi. Permission is granted to -%% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free -%% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the -%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo", -%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the -%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation -%% License". -%% - -\chapter{I file: l'interfaccia standard ANSI C} -\label{cha:files_std_interface} - -Esamineremo in questo capitolo l'interfaccia standard ANSI C per i file, -quella che viene comunemente detta interfaccia dei \textit{file stream} o -anche più brevemente degli \textit{stream}. Dopo una breve sezione -introduttiva tratteremo le funzioni base per la gestione dell'input/output, -mentre tratteremo le caratteristiche più avanzate dell'interfaccia nell'ultima -sezione. - - -\section{Introduzione} -\label{sec:file_stream_intro} - -Come visto in cap.~\ref{cha:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file -sono gestibili a basso livello con l'interfaccia standard unix, che ricorre -direttamente alle \textit{system call} messe a disposizione dal kernel. - -Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard -ANSI C, che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria, -queste, insieme alle altre funzioni definite dallo standard, vengono a -costituire il nucleo\footnote{queste funzioni sono state implementate la prima - volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono rimaste sostanzialmente - immutate.} delle \acr{glibc}. - - -\subsection{I \textit{file stream}} -\label{sec:file_stream} - -\itindbeg{file~stream} - -Come più volte ribadito, l'interfaccia dei file descriptor è un'interfaccia di -basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati e -nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O. - -In \cite{APUE} Stevens descrive una serie di test sull'influenza delle -dimensioni del blocco di dati (l'argomento \param{buf} di \func{read} e -\func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di I/O con i file descriptor, -evidenziando come le prestazioni ottimali si ottengano a partire da dimensioni -del buffer dei dati pari a quelle dei blocchi del filesystem (il valore dato -dal campo \var{st\_blksize} di \struct{stat}), che di norma corrispondono alle -dimensioni dei settori fisici in cui è suddiviso il disco. - -Se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in blocchi di -dimensioni adeguate, le prestazioni sono inferiori. La caratteristica -principale dell'interfaccia degli \textit{stream} è che essa provvede da sola -alla gestione dei dettagli della bufferizzazione e all'esecuzione delle -operazioni di lettura e scrittura in blocchi di dimensioni appropriate -all'ottenimento della massima efficienza. - -Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei -\textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare -dei dettagli della comunicazione con il tipo di hardware sottostante -(come nel caso della dimensione dei blocchi del filesystem), ed un file -può essere sempre considerato come composto da un flusso continuo (da -cui il nome \textit{stream}) di dati. - -A parte i dettagli legati alla gestione delle operazioni di lettura e -scrittura (sia per quel che riguarda la bufferizzazione, che le -formattazioni), i \textit{file stream} restano del tutto equivalenti ai file -descriptor (sui quali sono basati), ed in particolare continua a valere quanto -visto in sez.~\ref{sec:file_sharing} a proposito dell'accesso condiviso ed in -sez.~\ref{sec:file_access_control} per il controllo di accesso. - -\itindend{file~stream} - - -\subsection{Gli oggetti \type{FILE}} -\label{sec:file_FILE} - - -Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta uno \textit{stream} -è stata chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di -libreria e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni -sugli \textit{stream}, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli -indicatori di stato e di fine del file. - -Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare -queste strutture (che sono dei \index{tipo!opaco} \textsl{tipi opachi}) ma -usare sempre puntatori del tipo \texttt{FILE *} ottenuti dalla libreria stessa -(tanto che in certi casi il termine di puntatore a file è diventato sinonimo -di \textit{stream}). Tutte le funzioni della libreria che operano sui file -accettano come argomenti solo variabili di questo tipo, che diventa -accessibile includendo l'header file \headfile{stdio.h}. - - -\subsection{Gli \textit{stream standard}} -\label{sec:file_std_stream} - -Ai tre file descriptor standard (vedi sez.~\ref{sec:file_std_descr}) aperti -per ogni processo, corrispondono altrettanti \textit{stream}, che -rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi tre -\textit{stream} sono identificabili attraverso dei nomi simbolici definiti -nell'header \headfile{stdio.h} che sono: - -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}} -\item[\var{FILE *stdin}] Lo \textit{standard input} cioè il \textit{file - stream} da cui il processo riceve ordinariamente i dati in - ingresso. Normalmente è associato dalla shell all'input del terminale e - prende i caratteri dalla tastiera. -\item[\var{FILE *stdout}] Lo \textit{standard output} cioè il \textit{file - stream} su cui il processo invia ordinariamente i dati in - uscita. Normalmente è associato dalla shell all'output del terminale e - scrive sullo schermo. -\item[\var{FILE *stderr}] Lo \textit{standard error} cioè il \textit{file - stream} su cui il processo è supposto inviare i messaggi di - errore. Normalmente anch'esso è associato dalla shell all'output del - terminale e scrive sullo schermo. -\end{basedescript} - -Nella \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente -tre variabili di tipo \type{FILE}\texttt{ *} che possono essere usate come -tutte le altre, ad esempio si può effettuare una redirezione dell'output di un -programma con il semplice codice: \includecodesnip{listati/redir_stdout.c} ma -in altri sistemi queste variabili possono essere definite da macro, e se si -hanno problemi di portabilità e si vuole essere sicuri, diventa opportuno -usare la funzione \func{freopen}. - - -\subsection{Le modalità di bufferizzazione} -\label{sec:file_buffering} - -La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali dell'interfaccia -degli \textit{stream}; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di -system call (\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di -input/output. Questa funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria, -ma costituisce anche uno degli aspetti più comunemente fraintesi, in -particolare per quello che riguarda l'aspetto della scrittura dei dati sul -file. - -I caratteri che vengono scritti su di uno \textit{stream} normalmente vengono -accumulati in un buffer e poi trasmessi in blocco\footnote{questa operazione - viene usualmente chiamata \textsl{scaricamento} dei dati, dal termine - inglese \textit{flush}.} tutte le volte che il buffer viene riempito, in -maniera asincrona rispetto alla scrittura. Un comportamento analogo avviene -anche in lettura (cioè dal file viene letto un blocco di dati, anche se ne -sono richiesti una quantità inferiore), ma la cosa ovviamente ha rilevanza -inferiore, dato che i dati letti sono sempre gli stessi. In caso di scrittura -invece, quando si ha un accesso contemporaneo allo stesso file (ad esempio da -parte di un altro processo) si potranno vedere solo le parti effettivamente -scritte, e non quelle ancora presenti nel buffer. - -Per lo stesso motivo, in tutte le situazioni in cui si sta facendo -dell'input/output interattivo, bisognerà tenere presente le caratteristiche -delle operazioni di scaricamento dei dati, poiché non è detto che ad una -scrittura sullo \textit{stream} corrisponda una immediata scrittura sul -dispositivo (la cosa è particolarmente evidente quando con le operazioni di -input/output su terminale). - -Per rispondere ad esigenze diverse, lo standard definisce tre distinte -modalità in cui può essere eseguita la bufferizzazione, delle quali -occorre essere ben consapevoli, specie in caso di lettura e scrittura da -dispositivi interattivi: -\begin{itemize} -\item \textit{unbuffered}: in questo caso non c'è bufferizzazione ed i - caratteri vengono trasmessi direttamente al file non appena possibile - (effettuando immediatamente una \func{write}). -\item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono - normalmente trasmessi al file in blocco ogni volta che viene - incontrato un carattere di \textit{newline} (il carattere ASCII - \verb|\n|). -\item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono - trasmessi da e verso il file in blocchi di dimensione opportuna. -\end{itemize} - -Lo standard ANSI C specifica inoltre che lo standard output e lo -standard input siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando -non fanno riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard -error non sia mai aperto in modalità \textit{fully buffered}. - -Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento predefinito in maniera -ancora più precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre -\textit{unbuffered} (in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più -rapidamente possibile) e che standard input e standard output siano aperti in -modalità \textit{line buffered} quando sono associati ad un terminale (od -altro dispositivo interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} -altrimenti. - -Il comportamento specificato per standard input e standard output vale anche -per tutti i nuovi \textit{stream} aperti da un processo; la selezione comunque -avviene automaticamente, e la libreria apre lo \textit{stream} nella modalità -più opportuna a seconda del file o del dispositivo scelto. - -La modalità \textit{line buffered} è quella che necessita di maggiori -chiarimenti e attenzioni per quel che concerne il suo funzionamento. Come già -accennato nella descrizione, \emph{di norma} i dati vengono inviati al kernel -alla ricezione di un carattere di \textsl{a capo} (\textit{newline}); questo -non è vero in tutti i casi, infatti, dato che le dimensioni del buffer usato -dalle librerie sono fisse, se le si eccedono si può avere uno scarico dei dati -anche prima che sia stato inviato un carattere di \textit{newline}. - -Un secondo punto da tenere presente, particolarmente quando si ha a che fare -con I/O interattivo, è che quando si effettua una lettura da uno -\textit{stream} che comporta l'accesso al kernel\footnote{questo vuol dire che - lo \textit{stream} da cui si legge è in modalità \textit{unbuffered}.} viene -anche eseguito lo scarico di tutti i buffer degli \textit{stream} in -scrittura. - -In sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl} vedremo come la libreria definisca delle -opportune funzioni per controllare le modalità di bufferizzazione e lo scarico -dei dati. - - - -\section{Funzioni base} -\label{sec:file_ansi_base_func} - -Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli -\textit{stream}, analoghe a quelle di sez.~\ref{sec:file_base_func} per i file -descriptor. In particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e cambiare -la posizione corrente in uno \textit{stream}. - - -\subsection{Apertura e chiusura di uno \textit{stream}} -\label{sec:file_fopen} - -Le funzioni che si possono usare per aprire uno \textit{stream} sono solo tre: -\funcd{fopen}, \funcd{fdopen} e \funcd{freopen},\footnote{\func{fopen} e - \func{freopen} fanno parte dello standard ANSI C, \func{fdopen} è parte - dello standard POSIX.1.} i loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - \funcdecl{FILE *fopen(const char *path, const char *mode)} - Apre il file specificato da \param{path}. - \funcdecl{FILE *fdopen(int fildes, const char *mode)} - Associa uno \textit{stream} al file descriptor \param{fildes}. - \funcdecl{FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream)} - Apre il file specificato da \param{path} associandolo allo \textit{stream} - specificato da \param{stream}, se questo è già aperto prima lo chiude. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano un puntatore valido in caso di successo e - \val{NULL} in caso di errore, in tal caso \var{errno} assumerà il valore - ricevuto dalla funzione sottostante di cui è fallita l'esecuzione. - - Gli errori pertanto possono essere quelli di \func{malloc} per tutte - e tre le funzioni, quelli \func{open} per \func{fopen}, quelli di - \func{fcntl} per \func{fdopen} e quelli di \func{fopen}, - \func{fclose} e \func{fflush} per \func{freopen}.} -\end{functions} - -Normalmente la funzione che si usa per aprire uno \textit{stream} è -\func{fopen}, essa apre il file specificato nella modalità specificata da -\param{mode}, che è una stringa che deve iniziare con almeno uno dei valori -indicati in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} (sono possibili varie estensioni -che vedremo in seguito). - -L'uso più comune di \func{freopen} è per redirigere uno dei tre file -standard (vedi sez.~\ref{sec:file_std_stream}): il file \param{path} viene -associato a \param{stream} e se questo è uno \textit{stream} già aperto viene -preventivamente chiuso. - -Infine \func{fdopen} viene usata per associare uno \textit{stream} ad un file -descriptor esistente ottenuto tramite una altra funzione (ad esempio con una -\func{open}, una \func{dup}, o una \func{pipe}) e serve quando si vogliono -usare gli \textit{stream} con file come le fifo o i socket, che non possono -essere aperti con le funzioni delle librerie standard del C. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|} - \hline - \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\ - \hline - \hline - \texttt{r} & Il file viene aperto, l'accesso viene posto in sola - lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del - file.\\ - \texttt{r+}& Il file viene aperto, l'accesso viene posto in lettura e - scrittura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del - file.\\ -% \hline - \texttt{w} & Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o - creato se non esiste), l'accesso viene posto in sola - scrittura, lo stream\textit{} è posizionato all'inizio del - file.\\ - \texttt{w+}& Il file viene aperto e troncato a lunghezza nulla (o - creato se non esiste), l'accesso viene posto in scrittura e - lettura, lo \textit{stream} è posizionato all'inizio del - file.\\ -% \hline - \texttt{a} & Il file viene aperto (o creato se non esiste) in - \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene - posto in sola scrittura.\\ - \texttt{a+}& Il file viene aperto (o creato se non esiste) in - \itindex{append~mode} \textit{append mode}, l'accesso viene - posto in lettura e scrittura.\\ - \hline - \texttt{b} & Specifica che il file è binario, non ha alcun effetto. \\ - \texttt{x} & L'apertura fallisce se il file esiste già. \\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Modalità di apertura di uno \textit{stream} dello standard ANSI C - che sono sempre presenti in qualunque sistema POSIX.} - \label{tab:file_fopen_mode} -\end{table} - -In realtà lo standard ANSI C prevede un totale di 15 possibili valori -diversi per \param{mode}, ma in tab.~\ref{tab:file_fopen_mode} si sono -riportati solo i sei valori effettivi, ad essi può essere aggiunto pure -il carattere \texttt{b} (come ultimo carattere o nel mezzo agli altri per -le stringhe di due caratteri) che in altri sistemi operativi serve a -distinguere i file binari dai file di testo; in un sistema POSIX questa -distinzione non esiste e il valore viene accettato solo per -compatibilità, ma non ha alcun effetto. - -Le \acr{glibc} supportano alcune estensioni, queste devono essere sempre -indicate dopo aver specificato il \param{mode} con uno dei valori di -tab.~\ref{tab:file_fopen_mode}. L'uso del carattere \texttt{x} serve per -evitare di sovrascrivere un file già esistente (è analoga all'uso -dell'opzione \const{O\_EXCL} in \func{open}), se il file specificato già -esiste e si aggiunge questo carattere a \param{mode} la \func{fopen} -fallisce. - -Un'altra estensione serve a supportare la localizzazione, quando si -aggiunge a \param{mode} una stringa della forma \verb|",ccs=STRING"| il -valore \verb|STRING| è considerato il nome di una codifica dei caratteri -e \func{fopen} marca il file per l'uso dei caratteri estesi e abilita le -opportune funzioni di conversione in lettura e scrittura. - -Nel caso si usi \func{fdopen} i valori specificati da \param{mode} devono -essere compatibili con quelli con cui il file descriptor è stato aperto. -Inoltre i modi \cmd{w} e \cmd{w+} non troncano il file. La posizione nello -\textit{stream} viene impostata a quella corrente nel file descriptor, e le -variabili di errore e di fine del file (vedi sez.~\ref{sec:file_io}) sono -cancellate. Il file non viene duplicato e verrà chiuso alla chiusura dello -\textit{stream}. - -I nuovi file saranno creati secondo quanto visto in -sez.~\ref{sec:file_ownership_management} ed avranno i permessi di accesso -impostati al valore -\code{S\_IRUSR|S\_IWUSR|S\_IRGRP|S\_IWGRP|S\_IROTH|S\_IWOTH} (pari a -\val{0666}) modificato secondo il valore di \itindex{umask} \textit{umask} per -il processo (si veda sez.~\ref{sec:file_perm_management}). - -In caso di file aperti in lettura e scrittura occorre ricordarsi che c'è -di mezzo una bufferizzazione; per questo motivo lo standard ANSI C -richiede che ci sia un'operazione di posizionamento fra un'operazione -di output ed una di input o viceversa (eccetto il caso in cui l'input ha -incontrato la fine del file), altrimenti una lettura può ritornare anche -il risultato di scritture precedenti l'ultima effettuata. - -Per questo motivo è una buona pratica (e talvolta necessario) far seguire ad -una scrittura una delle funzioni \func{fflush}, \func{fseek}, \func{fsetpos} o -\func{rewind} prima di eseguire una rilettura; viceversa nel caso in cui si -voglia fare una scrittura subito dopo aver eseguito una lettura occorre prima -usare una delle funzioni \func{fseek}, \func{fsetpos} o \func{rewind}. Anche -un'operazione nominalmente nulla come \code{fseek(file, 0, SEEK\_CUR)} è -sufficiente a garantire la sincronizzazione. - -Una volta aperto lo \textit{stream}, si può cambiare la modalità di -bufferizzazione (si veda sez.~\ref{sec:file_buffering_ctrl}) fintanto che non -si è effettuato alcuna operazione di I/O sul file. - -Uno \textit{stream} viene chiuso con la funzione \funcd{fclose} il cui -prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int fclose(FILE *stream)} - Chiude lo \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{Restituisce 0 in caso di successo e \val{EOF} in caso di errore, - nel qual caso imposta \var{errno} a \errval{EBADF} se il file descriptor - indicato da \param{stream} non è valido, o uno dei valori specificati - dalla sottostante funzione che è fallita (\func{close}, \func{write} o - \func{fflush}).} -\end{prototype} - -La funzione effettua lo scarico di tutti i dati presenti nei buffer di uscita -e scarta tutti i dati in ingresso; se era stato allocato un buffer per lo -\textit{stream} questo verrà rilasciato. La funzione effettua lo scarico solo -per i dati presenti nei buffer in user space usati dalle \acr{glibc}; se si -vuole essere sicuri che il kernel forzi la scrittura su disco occorrerà -effettuare una \func{sync} (vedi sez.~\ref{sec:file_sync}). - -Linux supporta anche una altra funzione, \funcd{fcloseall}, come estensione -GNU implementata dalle \acr{glibc}, accessibile avendo definito -\macro{\_GNU\_SOURCE}, il suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int fcloseall(void)} - Chiude tutti gli \textit{stream}. - - \bodydesc{Restituisce 0 se non ci sono errori ed \val{EOF} altrimenti.} -\end{prototype} -\noindent la funzione esegue lo scarico dei dati bufferizzati in uscita -e scarta quelli in ingresso, chiudendo tutti i file. Questa funzione è -provvista solo per i casi di emergenza, quando si è verificato un errore -ed il programma deve essere abortito, ma si vuole compiere qualche altra -operazione dopo aver chiuso i file e prima di uscire (si ricordi quanto -visto in sez.~\ref{sec:proc_conclusion}). - - -\subsection{Lettura e scrittura su uno \textit{stream}} -\label{sec:file_io} - -Una delle caratteristiche più utili dell'interfaccia degli \textit{stream} è -la ricchezza delle funzioni disponibili per le operazioni di lettura e -scrittura sui file. Sono infatti previste ben tre diverse modalità modalità di -input/output non formattato: -\begin{enumerate*} -\item\textsl{binario} in cui legge/scrive un blocco di dati alla - volta, vedi sez.~\ref{sec:file_binary_io}. -\item\textsl{a caratteri} in cui si legge/scrive un carattere alla - volta (con la bufferizzazione gestita automaticamente dalla libreria), - vedi sez.~\ref{sec:file_char_io}. -\item\textsl{di linea} in cui si legge/scrive una linea alla volta (terminata - dal carattere di newline \verb|'\n'|), vedi sez.~\ref{sec:file_line_io}. -\end{enumerate*} -ed inoltre la modalità di input/output formattato. - -A differenza dell'interfaccia dei file descriptor, con gli \textit{stream} il -raggiungimento della fine del file è considerato un errore, e viene -notificato come tale dai valori di uscita delle varie funzioni. Nella -maggior parte dei casi questo avviene con la restituzione del valore -intero (di tipo \ctyp{int}) \val{EOF}\footnote{la costante deve essere - negativa, le \acr{glibc} usano -1, altre implementazioni possono avere - valori diversi.} definito anch'esso nell'header \headfile{stdlib.h}. - -Dato che le funzioni dell'interfaccia degli \textit{stream} sono funzioni di -libreria che si appoggiano a delle system call, esse non impostano -direttamente la variabile \var{errno}, che mantiene il valore impostato dalla -system call che ha riportato l'errore. - -Siccome la condizione di end-of-file è anch'essa segnalata come errore, nasce -il problema di come distinguerla da un errore effettivo; basarsi solo sul -valore di ritorno della funzione e controllare il valore di \var{errno} -infatti non basta, dato che quest'ultimo potrebbe essere stato impostato in -una altra occasione, (si veda sez.~\ref{sec:sys_errno} per i dettagli del -funzionamento di \var{errno}). - -Per questo motivo tutte le implementazioni delle librerie standard mantengono -per ogni \textit{stream} almeno due flag all'interno dell'oggetto \type{FILE}, -il flag di \textit{end-of-file}, che segnala che si è raggiunta la fine del -file in lettura, e quello di errore, che segnala la presenza di un qualche -errore nelle operazioni di input/output; questi due flag possono essere -riletti dalle funzioni \funcd{feof} e \funcd{ferror}, i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - \funcdecl{int feof(FILE *stream)} - Controlla il flag di end-of-file di \param{stream}. - \funcdecl{int ferror(FILE *stream)} - Controlla il flag di errore di \param{stream}. - - \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano un valore diverso da zero se - i relativi flag sono impostati.} -\end{functions} -\noindent si tenga presente comunque che la lettura di questi flag segnala -soltanto che c'è stato un errore, o che si è raggiunta la fine del file in una -qualunque operazione sullo \textit{stream}, il controllo quindi deve essere -effettuato ogni volta che si chiama una funzione di libreria. - -Entrambi i flag (di errore e di end-of-file) possono essere cancellati usando -la funzione \funcd{clearerr}, il cui prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{void clearerr(FILE *stream)} - Cancella i flag di errore ed \textit{end-of-file} di \param{stream}. -\end{prototype} -\noindent in genere si usa questa funzione una volta che si sia identificata e -corretta la causa di un errore per evitare di mantenere i flag attivi, così da -poter rilevare una successiva ulteriore condizione di errore. Di questa -funzione esiste una analoga \funcm{clearerr\_unlocked} che non esegue il -blocco dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). - - -\subsection{Input/output binario} -\label{sec:file_binary_io} - -La prima modalità di input/output non formattato ricalca quella della -interfaccia dei file descriptor, e provvede semplicemente la scrittura e la -lettura dei dati da un buffer verso un file e viceversa. In generale questa è -la modalità che si usa quando si ha a che fare con dati non formattati. Le due -funzioni che si usano per l'I/O binario sono \funcd{fread} ed \funcd{fwrite}; -i loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{size\_t fread(void *ptr, size\_t size, size\_t nmemb, FILE - *stream)} - - \funcdecl{size\_t fwrite(const void *ptr, size\_t size, size\_t - nmemb, FILE *stream)} - - Rispettivamente leggono e scrivono \param{nmemb} elementi di dimensione - \param{size} dal buffer \param{ptr} al file \param{stream}. - - \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano il numero di elementi letti o - scritti, in caso di errore o fine del file viene restituito un numero di - elementi inferiore al richiesto.} -\end{functions} - -In genere si usano queste funzioni quando si devono trasferire su file -blocchi di dati binari in maniera compatta e veloce; un primo caso di uso -tipico è quello in cui si salva un vettore (o un certo numero dei suoi -elementi) con una chiamata del tipo: -\includecodesnip{listati/WriteVect.c} -in questo caso devono essere specificate le dimensioni di ciascun -elemento ed il numero di quelli che si vogliono scrivere. Un secondo -caso è invece quello in cui si vuole trasferire su file una struttura; -si avrà allora una chiamata tipo: -\includecodesnip{listati/WriteStruct.c} -in cui si specifica la dimensione dell'intera struttura ed un solo -elemento. - -In realtà quello che conta nel trasferimento dei dati sono le dimensioni -totali, che sono sempre pari al prodotto \code{size * nelem}; la sola -differenza è che le funzioni non ritornano il numero di byte scritti, -ma il numero di elementi. - -La funzione \func{fread} legge sempre un numero intero di elementi, se -incontra la fine del file l'oggetto letto parzialmente viene scartato (lo -stesso avviene in caso di errore). In questo caso la posizione dello -\textit{stream} viene impostata alla fine del file (e non a quella -corrispondente alla quantità di dati letti). - -In caso di errore (o fine del file per \func{fread}) entrambe le -funzioni restituiscono il numero di oggetti effettivamente letti o -scritti, che sarà inferiore a quello richiesto. Contrariamente a quanto -avviene per i file descriptor, questo segnala una condizione di errore e -occorrerà usare \func{feof} e \func{ferror} per stabilire la natura del -problema. - -Benché queste funzioni assicurino la massima efficienza per il -salvataggio dei dati, i dati memorizzati attraverso di esse presentano -lo svantaggio di dipendere strettamente dalla piattaforma di sviluppo -usata ed in genere possono essere riletti senza problemi solo dallo -stesso programma che li ha prodotti. - -Infatti diversi compilatori possono eseguire ottimizzazioni diverse delle -strutture dati e alcuni compilatori (come il \cmd{gcc}) possono anche -scegliere se ottimizzare l'occupazione di spazio, impacchettando più -strettamente i dati, o la velocità inserendo opportuni \textit{padding} per -l'allineamento dei medesimi generando quindi output binari diversi. Inoltre -altre incompatibilità si possono presentare quando entrano in gioco differenze -di architettura hardware, come la dimensione del bus o la modalità di -ordinamento dei bit o il formato delle variabili in floating point. - -Per questo motivo quando si usa l'input/output binario occorre sempre prendere -le opportune precauzioni (in genere usare un formato di più alto livello che -permetta di recuperare l'informazione completa), per assicurarsi che versioni -diverse del programma siano in grado di rileggere i dati tenendo conto delle -eventuali differenze. - -Le \acr{glibc} definiscono altre due funzioni per l'I/O binario, -\funcd{fread\_unlocked} e \funcd{fwrite\_unlocked} che evitano il lock -implicito dello \textit{stream}, usato per dalla librerie per la gestione delle -applicazioni \itindex{thread} \textit{multi-thread} (si veda -sez.~\ref{sec:file_stream_thread} per i dettagli), i loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{size\_t fread\_unlocked(void *ptr, size\_t size, size\_t - nmemb, FILE *stream)} - - \funcdecl{size\_t fwrite\_unlocked(const void *ptr, size\_t size, - size\_t nmemb, FILE *stream)} - - \bodydesc{Le funzioni sono identiche alle analoghe \func{fread} e - \func{fwrite} ma non acquisiscono il lock implicito sullo \textit{stream}.} -\end{functions} -\noindent entrambe le funzioni sono estensioni GNU previste solo dalle -\acr{glibc}. - - -\subsection{Input/output a caratteri} -\label{sec:file_char_io} - -La seconda modalità di input/output è quella a caratteri, in cui si -trasferisce un carattere alla volta. Le funzioni per la lettura a -caratteri sono tre, \funcd{fgetc}, \funcd{getc} e \funcd{getchar}, i -rispettivi prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int getc(FILE *stream)} Legge un byte da \param{stream} e lo - restituisce come intero. In genere è implementata come una macro. - - \funcdecl{int fgetc(FILE *stream)} Legge un byte da \param{stream} e lo - restituisce come intero. È sempre una funzione. - - \funcdecl{int getchar(void)} Equivalente a \code{getc(stdin)}. - - \bodydesc{Tutte queste funzioni leggono un byte alla volta, che viene - restituito come intero; in caso di errore o fine del file il valore - di ritorno è \val{EOF}.} -\end{functions} - -A parte \func{getchar}, che si usa in genere per leggere un carattere da -tastiera, le altre due funzioni sono sostanzialmente equivalenti. La -differenza è che \func{getc} è ottimizzata al massimo e normalmente -viene implementata con una macro, per cui occorre stare attenti a cosa -le si passa come argomento, infatti \param{stream} può essere valutato -più volte nell'esecuzione, e non viene passato in copia con il -meccanismo visto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing}; per questo motivo se -si passa un'espressione si possono avere effetti indesiderati. - -Invece \func{fgetc} è assicurata essere sempre una funzione, per questo motivo -la sua esecuzione normalmente è più lenta per via dell'overhead della -chiamata, ma è altresì possibile ricavarne l'indirizzo, che può essere passato -come argomento ad un altra funzione (e non si hanno i problemi accennati in -precedenza nel tipo di argomento). - -Le tre funzioni restituiscono tutte un \ctyp{unsigned char} convertito -ad \ctyp{int} (si usa \ctyp{unsigned char} in modo da evitare -l'espansione del segno). In questo modo il valore di ritorno è sempre -positivo, tranne in caso di errore o fine del file. - -Nelle estensioni GNU che provvedono la localizzazione sono definite tre -funzioni equivalenti alle precedenti, \funcd{getwc}, \funcd{fgetwc} e -\funcd{getwchar}, che invece di un carattere di un byte restituiscono un -carattere in formato esteso (cioè di tipo \ctyp{wint\_t}), il loro prototipo -è: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - \headdecl{wchar.h} - - \funcdecl{wint\_t getwc(FILE *stream)} Legge un carattere esteso da - \param{stream}. In genere è implementata come una macro. - - \funcdecl{wint\_t fgetwc(FILE *stream)} Legge un carattere esteso da - \param{stream}. È una sempre una funzione. - - \funcdecl{wint\_t getwchar(void)} Equivalente a \code{getwc(stdin)}. - - \bodydesc{Tutte queste funzioni leggono un carattere alla volta, in - caso di errore o fine del file il valore di ritorno è \const{WEOF}.} -\end{functions} - -Per scrivere un carattere si possono usare tre funzioni, analoghe alle -precedenti usate per leggere: \funcd{putc}, \funcd{fputc} e \funcd{putchar}; i -loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int putc(int c, FILE *stream)} Scrive il carattere \param{c} - su \param{stream}. In genere è implementata come una macro. - - \funcdecl{int fputc(int c, FILE *stream)} Scrive il carattere \param{c} su - \param{stream}. È una sempre una funzione. - - \funcdecl{int putchar(int c)} Equivalente a \code{putc(stdout)}. - - \bodydesc{Le funzioni scrivono sempre un carattere alla volta, il cui - valore viene restituito in caso di successo; in caso di errore o - fine del file il valore di ritorno è \val{EOF}.} -\end{functions} - -Tutte queste funzioni scrivono sempre un byte alla volta, anche se prendono -come argomento un \ctyp{int} (che pertanto deve essere ottenuto con un cast da -un \ctyp{unsigned char}). Anche il valore di ritorno è sempre un intero; in -caso di errore o fine del file il valore di ritorno è \val{EOF}. - -Come nel caso dell'I/O binario con \func{fread} e \func{fwrite} le \acr{glibc} -provvedono come estensione, per ciascuna delle funzioni precedenti, -un'ulteriore funzione, il cui nome è ottenuto aggiungendo un -\code{\_unlocked}, che esegue esattamente le stesse operazioni, evitando però -il lock implicito dello \textit{stream}. - -Per compatibilità con SVID sono inoltre provviste anche due funzioni, -\funcd{getw} e \funcd{putw}, da usare per leggere e scrivere una \textit{word} -(cioè due byte in una volta); i loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int getw(FILE *stream)} Legge una parola da \param{stream}. - \funcdecl{int putw(int w, FILE *stream)} Scrive la parola \param{w} su - \param{stream}. - - \bodydesc{Le funzioni restituiscono la parola \param{w}, o \val{EOF} - in caso di errore o di fine del file.} -\end{functions} - -Le funzioni leggono e scrivono una \textit{word} di due byte, usando comunque -una variabile di tipo \ctyp{int}; il loro uso è deprecato in favore dell'uso -di \func{fread} e \func{fwrite}, in quanto non è possibile distinguere il -valore -1 da una condizione di errore che restituisce \val{EOF}. - -Uno degli usi più frequenti dell'input/output a caratteri è nei programmi di -\textit{parsing} in cui si analizza il testo; in questo contesto diventa utile -poter analizzare il carattere successivo da uno \textit{stream} senza estrarlo -effettivamente (la tecnica è detta \textit{peeking ahead}) in modo che il -programma possa regolarsi avendo dato una \textsl{sbirciatina} a quello che -viene dopo. - -Nel nostro caso questo tipo di comportamento può essere realizzato prima -leggendo il carattere, e poi rimandandolo indietro, cosicché ridiventi -disponibile per una lettura successiva; la funzione che inverte la -lettura si chiama \funcd{ungetc} ed il suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int ungetc(int c, FILE *stream)} - Rimanda indietro il carattere \param{c}, con un cast a \ctyp{unsigned - char}, sullo \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{La funzione ritorna \param{c} in caso di successo e - \val{EOF} in caso di errore.} -\end{prototype} -\noindent benché lo standard ANSI C preveda che l'operazione possa -essere ripetuta per un numero arbitrario di caratteri, alle -implementazioni è richiesto di garantire solo un livello; questo è -quello che fa la \acr{glibc}, che richiede che avvenga un'altra -operazione fra due \func{ungetc} successive. - -Non è necessario che il carattere che si manda indietro sia l'ultimo che -si è letto, e non è necessario neanche avere letto nessun carattere -prima di usare \func{ungetc}, ma di norma la funzione è intesa per -essere usata per rimandare indietro l'ultimo carattere letto. - -Nel caso \param{c} sia un \val{EOF} la funzione non fa nulla, e -restituisce sempre \val{EOF}; così si può usare \func{ungetc} anche -con il risultato di una lettura alla fine del file. - -Se si è alla fine del file si può comunque rimandare indietro un -carattere, il flag di end-of-file verrà automaticamente cancellato -perché c'è un nuovo carattere disponibile che potrà essere riletto -successivamente. - -Infine si tenga presente che \func{ungetc} non altera il contenuto del -file, ma opera esclusivamente sul buffer interno. Se si esegue una -qualunque delle operazioni di riposizionamento (vedi -sez.~\ref{sec:file_fseek}) i caratteri rimandati indietro vengono -scartati. - - -\subsection{Input/output di linea} -\label{sec:file_line_io} - -La terza ed ultima modalità di input/output non formattato è quella di linea, -in cui si legge o si scrive una riga alla volta; questa è una modalità molto -usata per l'I/O da terminale, ma è anche quella che presenta le -caratteristiche più controverse. - -Le funzioni previste dallo standard ANSI C per leggere una linea sono -sostanzialmente due, \funcd{gets} e \funcd{fgets}, i cui rispettivi -prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{char *gets(char *string)} Scrive su \param{string} una - linea letta da \var{stdin}. - - \funcdecl{char *fgets(char *string, int size, FILE *stream)} - Scrive su \param{string} la linea letta da \param{stream} per un - massimo di \param{size} byte. - - \bodydesc{Le funzioni restituiscono l'indirizzo \param{string} in caso - di successo o \val{NULL} in caso di errore.} -\end{functions} - -Entrambe le funzioni effettuano la lettura (dal file specificato \func{fgets}, -dallo standard input \func{gets}) di una linea di caratteri (terminata dal -carattere \textit{newline}, \verb|'\n'|, quello mappato sul tasto di ritorno a -capo della tastiera), ma \func{gets} sostituisce \verb|'\n'| con uno zero, -mentre \func{fgets} aggiunge uno zero dopo il \textit{newline}, che resta -dentro la stringa. Se la lettura incontra la fine del file (o c'è un errore) -viene restituito un \val{NULL}, ed il buffer \param{buf} non viene toccato. -L'uso di \func{gets} è deprecato e deve essere assolutamente evitato; la -funzione infatti non controlla il numero di byte letti, per cui nel caso la -stringa letta superi le dimensioni del buffer, si avrà un -\itindex{buffer~overflow} \textit{buffer overflow}, con sovrascrittura della -memoria del processo adiacente al buffer.\footnote{questa tecnica è spiegata - in dettaglio e con molta efficacia nell'ormai famoso articolo di Aleph1 - \cite{StS}.} - -Questa è una delle vulnerabilità più sfruttate per guadagnare accessi non -autorizzati al sistema (i cosiddetti \textit{exploit}), basta infatti inviare -una stringa sufficientemente lunga ed opportunamente forgiata per -sovrascrivere gli indirizzi di ritorno nello \itindex{stack} \textit{stack} -(supposto che la \func{gets} sia stata chiamata da una subroutine), in modo da -far ripartire l'esecuzione nel codice inviato nella stringa stessa (in genere -uno \textit{shell code} cioè una sezione di programma che lancia una shell). - -La funzione \func{fgets} non ha i precedenti problemi di \func{gets} in quanto -prende in input la dimensione del buffer \param{size}, che non verrà mai -ecceduta in lettura. La funzione legge fino ad un massimo di \param{size} -caratteri (newline compreso), ed aggiunge uno zero di terminazione; questo -comporta che la stringa possa essere al massimo di \code{size-1} caratteri. Se -la linea eccede la dimensione del buffer verranno letti solo \code{size-1} -caratteri, ma la stringa sarà sempre terminata correttamente con uno zero -finale; sarà possibile leggere i rimanenti caratteri in una chiamata -successiva. - -Per la scrittura di una linea lo standard ANSI C prevede altre due -funzioni, \funcd{fputs} e \funcd{puts}, analoghe a quelle di lettura, i -rispettivi prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int puts(const char *string)} Scrive su \var{stdout} la - linea \param{string}. - - \funcdecl{int fputs(const char *string, FILE *stream)} Scrive su - \param{stream} la linea \param{string}. - - \bodydesc{Le funzioni restituiscono un valore non negativo in caso di - successo o \val{EOF} in caso di errore.} -\end{functions} - -Dato che in questo caso si scrivono i dati in uscita \func{puts} non ha i -problemi di \func{gets} ed è in genere la forma più immediata per scrivere -messaggi sullo standard output; la funzione prende una stringa terminata da -uno zero ed aggiunge automaticamente il ritorno a capo. La differenza con -\func{fputs} (a parte la possibilità di specificare un file diverso da -\var{stdout}) è che quest'ultima non aggiunge il newline, che deve essere -previsto esplicitamente. - -Come per le analoghe funzioni di input/output a caratteri, anche per l'I/O di -linea esistono delle estensioni per leggere e scrivere linee di caratteri -estesi, le funzioni in questione sono \funcd{fgetws} e \funcd{fputws} ed i -loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{wchar.h} - \funcdecl{wchar\_t *fgetws(wchar\_t *ws, int n, FILE *stream)} - Legge un massimo di \param{n} caratteri estesi dal file - \param{stream} al buffer \param{ws}. - - \funcdecl{int fputws(const wchar\_t *ws, FILE *stream)} Scrive la - linea \param{ws} di caratteri estesi sul file \param{stream}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano rispettivamente \param{ws} o un numero - non negativo in caso di successo e \val{NULL} o \val{EOF} in - caso di errore o fine del file.} -\end{functions} - -Il comportamento di queste due funzioni è identico a quello di \func{fgets} e -\func{fputs}, a parte il fatto che tutto (numero di caratteri massimo, -terminatore della stringa, newline) è espresso in termini di caratteri estesi -anziché di normali caratteri ASCII. - -Come per l'I/O binario e quello a caratteri, anche per l'I/O di linea le -\acr{glibc} supportano una serie di altre funzioni, estensioni di tutte quelle -illustrate finora (eccetto \func{gets} e \func{puts}), che eseguono -esattamente le stesse operazioni delle loro equivalenti, evitando però il lock -implicito dello \textit{stream} (vedi sez.~\ref{sec:file_stream_thread}). Come -per le altre forma di I/O, dette funzioni hanno lo stesso nome della loro -analoga normale, con l'aggiunta dell'estensione \code{\_unlocked}. - -Come abbiamo visto, le funzioni di lettura per l'input/output di linea -previste dallo standard ANSI C presentano svariati inconvenienti. Benché -\func{fgets} non abbia i gravissimi problemi di \func{gets}, può -comunque dare risultati ambigui se l'input contiene degli zeri; questi -infatti saranno scritti sul buffer di uscita e la stringa in output -apparirà come più corta dei byte effettivamente letti. Questa è una -condizione che è sempre possibile controllare (deve essere presente un -newline prima della effettiva conclusione della stringa presente nel -buffer), ma a costo di una complicazione ulteriore della logica del -programma. Lo stesso dicasi quando si deve gestire il caso di stringa -che eccede le dimensioni del buffer. - -Per questo motivo le \acr{glibc} prevedono, come estensione GNU, due nuove -funzioni per la gestione dell'input/output di linea, il cui uso permette di -risolvere questi problemi. L'uso di queste funzioni deve essere attivato -definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere -\headfile{stdio.h}. La prima delle due, \funcd{getline}, serve per leggere una -linea terminata da un newline, esattamente allo stesso modo di \func{fgets}, -il suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h} - {ssize\_t getline(char **buffer, size\_t *n, FILE *stream)} Legge una linea - dal file \param{stream} copiandola sul buffer indicato da \param{buffer} - riallocandolo se necessario (l'indirizzo del buffer e la sua dimensione - vengono sempre riscritte). - - \bodydesc{La funzione ritorna il numero di caratteri letti in caso di - successo e -1 in caso di errore o di raggiungimento della fine del - file.} -\end{prototype} - -La funzione permette di eseguire una lettura senza doversi preoccupare della -eventuale lunghezza eccessiva della stringa da leggere. Essa prende come primo -argomento l'indirizzo del puntatore al buffer su cui si vuole copiare la -linea. Quest'ultimo \emph{deve} essere stato allocato in precedenza con una -\func{malloc} (non si può passare l'indirizzo di un puntatore ad una variabile -locale); come secondo argomento la funzione vuole l'indirizzo della variabile -contenente le dimensioni del buffer suddetto. - -Se il buffer di destinazione è sufficientemente ampio la stringa viene scritta -subito, altrimenti il buffer viene allargato usando \func{realloc} e la nuova -dimensione ed il nuovo puntatore vengono restituiti indietro (si noti infatti -come per entrambi gli argomenti si siano usati dei -\itindex{value~result~argument} \textit{value result argument}, passando dei -puntatori anziché i valori delle variabili, secondo la tecnica spiegata in -sez.~\ref{sec:proc_var_passing}). - -Se si passa alla funzione l'indirizzo di un puntatore impostato a \val{NULL} e -\var{*n} è zero, la funzione provvede da sola all'allocazione della memoria -necessaria a contenere la linea. In tutti i casi si ottiene dalla funzione un -puntatore all'inizio del testo della linea letta. Un esempio di codice può -essere il seguente: -\includecodesnip{listati/getline.c} -e per evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} occorre ricordarsi di -liberare \var{ptr} con una \func{free}. - -Il valore di ritorno della funzione indica il numero di caratteri letti -dallo \textit{stream} (quindi compreso il newline, ma non lo zero di -terminazione); questo permette anche di distinguere eventuali zeri letti -dallo \textit{stream} da quello inserito dalla funzione per terminare la linea. -Se si è alla fine del file e non si è potuto leggere nulla o c'è stato -un errore la funzione restituisce -1. - -La seconda estensione GNU è una generalizzazione di \func{getline} per -poter usare come separatore un carattere qualsiasi, la funzione si -chiama \funcd{getdelim} ed il suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h} -{ssize\_t getdelim(char **buffer, size\_t *n, int delim, FILE *stream)} - Identica a \func{getline} solo che usa \param{delim} al posto del - carattere di newline come separatore di linea. -\end{prototype} - -Il comportamento di \func{getdelim} è identico a quello di \func{getline} (che -può essere implementata da questa passando \verb|'\n'| come valore di -\param{delim}). - - -\subsection{L'input/output formattato} -\label{sec:file_formatted_io} - -L'ultima modalità di input/output è quella formattata, che è una delle -caratteristiche più utilizzate delle librerie standard del C; in genere questa -è la modalità in cui si esegue normalmente l'output su terminale poiché -permette di stampare in maniera facile e veloce dati, tabelle e messaggi. - -L'output formattato viene eseguito con una delle 13 funzioni della famiglia -\func{printf}; le tre più usate sono \funcd{printf}, \funcd{fprintf} e -\funcd{sprintf}, i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - \funcdecl{int printf(const char *format, ...)} Stampa su \file{stdout} - gli argomenti, secondo il formato specificato da \param{format}. - - \funcdecl{int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)} Stampa - su \param{stream} gli argomenti, secondo il formato specificato da - \param{format}. - - \funcdecl{int sprintf(char *str, const char *format, ...)} Stampa - sulla stringa \param{str} gli argomenti, secondo il formato - specificato da \param{format}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano il numero di caratteri stampati.} -\end{functions} -\noindent le prime due servono per stampare su file (lo standard output o -quello specificato) la terza permette di stampare su una stringa, in genere -l'uso di \func{sprintf} è sconsigliato in quanto è possibile, se non si ha la -sicurezza assoluta sulle dimensioni del risultato della stampa, eccedere le -dimensioni di \param{str}, con conseguente sovrascrittura di altre variabili e -possibili \itindex{buffer~overflow} \textit{buffer overflow}; per questo -motivo si consiglia l'uso dell'alternativa \funcd{snprintf}, il cui prototipo -è: -\begin{prototype}{stdio.h} -{snprintf(char *str, size\_t size, const char *format, ...)} - Identica a \func{sprintf}, ma non scrive su \param{str} più di - \param{size} caratteri. -\end{prototype} - -La parte più complessa delle funzioni di scrittura formattata è il formato -della stringa \param{format} che indica le conversioni da fare, e da cui -deriva anche il numero degli argomenti che dovranno essere passati a seguire -(si noti come tutte queste funzioni siano \index{funzioni!variadic} -\textit{variadic}, prendendo un numero di argomenti variabile che dipende -appunto da quello che si è specificato in \param{format}). - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|l|p{10cm}|} - \hline - \textbf{Valore} & \textbf{Tipo} & \textbf{Significato} \\ - \hline - \hline - \cmd{\%d} &\ctyp{int} & Stampa un numero intero in formato decimale - con segno.\\ - \cmd{\%i} &\ctyp{int} & Identico a \cmd{\%i} in output.\\ - \cmd{\%o} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero come ottale.\\ - \cmd{\%u} &\ctyp{unsigned int}& Stampa un numero intero in formato - decimale senza segno.\\ - \cmd{\%x}, - \cmd{\%X} &\ctyp{unsigned int}& Stampano un intero in formato esadecimale, - rispettivamente con lettere minuscole e - maiuscole.\\ - \cmd{\%f} &\ctyp{double} & Stampa un numero in virgola mobile con la - notazione a virgola fissa.\\ - \cmd{\%e}, - \cmd{\%E} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la - notazione esponenziale, rispettivamente con - lettere minuscole e maiuscole.\\ - \cmd{\%g}, - \cmd{\%G} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile con la - notazione più appropriate delle due precedenti, - rispettivamente con lettere minuscole e - maiuscole.\\ - \cmd{\%a}, - \cmd{\%A} &\ctyp{double} & Stampano un numero in virgola mobile in - notazione esadecimale frazionaria.\\ - \cmd{\%c} &\ctyp{int} & Stampa un carattere singolo.\\ - \cmd{\%s} &\ctyp{char *} & Stampa una stringa.\\ - \cmd{\%p} &\ctyp{void *} & Stampa il valore di un puntatore.\\ - \cmd{\%n} &\ctyp{\&int} & Prende il numero di caratteri stampati finora.\\ - \cmd{\%\%}& & Stampa un \%.\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Valori possibili per gli specificatori di conversione in una - stringa di formato di \func{printf}.} - \label{tab:file_format_spec} -\end{table} - -La stringa è costituita da caratteri normali (tutti eccetto \texttt{\%}), che -vengono passati invariati all'output, e da direttive di conversione, in cui -devono essere sempre presenti il carattere \texttt{\%}, che introduce la -direttiva, ed uno degli specificatori di conversione (riportati in -tab.~\ref{tab:file_format_spec}) che la conclude. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|} - \hline - \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\ - \hline - \hline - \val{\#} & Chiede la conversione in forma alternativa. \\ - \val{0} & La conversione è riempita con zeri alla sinistra del valore.\\ - \val{-} & La conversione viene allineata a sinistra sul bordo del campo.\\ - \val{' '}& Mette uno spazio prima di un numero con segno di valore - positivo.\\ - \val{+} & Mette sempre il segno ($+$ o $-$) prima di un numero.\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{I valori dei flag per il formato di \func{printf}} - \label{tab:file_format_flag} -\end{table} - -Il formato di una direttiva di conversione prevede una serie di possibili -elementi opzionali oltre al \cmd{\%} e allo specificatore di conversione. In -generale essa è sempre del tipo: -\begin{center} -\begin{verbatim} -% [n. parametro $] [flag] [[larghezza] [. precisione]] [tipo] conversione -\end{verbatim} -\end{center} -in cui tutti i valori tranne il \val{\%} e lo specificatore di conversione -sono opzionali (e per questo sono indicati fra parentesi quadre); si possono -usare più elementi opzionali, nel qual caso devono essere specificati in -questo ordine: -\begin{itemize*} -\item uno specificatore del parametro da usare (terminato da un \val{\$}), -\item uno o più flag (i cui valori possibili sono riassunti in - tab.~\ref{tab:file_format_flag}) che controllano il formato di stampa della - conversione, -\item uno specificatore di larghezza (un numero decimale), eventualmente - seguito (per i numeri in virgola mobile) da un specificatore di precisione - (un altro numero decimale), -\item uno specificatore del tipo di dato, che ne indica la dimensione (i cui - valori possibili sono riassunti in tab.~\ref{tab:file_format_type}). -\end{itemize*} - - -Dettagli ulteriori sulle varie opzioni possono essere trovati nella pagina di -manuale di \func{printf} e nella documentazione delle \acr{glibc}. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|} - \hline - \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\ - \hline - \hline - \cmd{hh} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{char} con o senza - segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} è di - tipo \ctyp{char}.\\ - \cmd{h} & Una conversione intera corrisponde a uno \ctyp{short} con o - senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} - è di tipo \ctyp{short}.\\ - \cmd{l} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long} con o - senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} - è di tipo \ctyp{long}, o il carattere o la stringa seguenti - sono in formato esteso.\\ - \cmd{ll} & Una conversione intera corrisponde a un \ctyp{long long} con o - senza segno, o il puntatore per il numero dei parametri \cmd{n} - è di tipo \ctyp{long long}.\\ - \cmd{L} & Una conversione in virgola mobile corrisponde a un - \ctyp{double}.\\ - \cmd{q} & Sinonimo di \cmd{ll}.\\ - \cmd{j} & Una conversione intera corrisponde a un \type{intmax\_t} o - \type{uintmax\_t}.\\ - \cmd{z} & Una conversione intera corrisponde a un \type{size\_t} o - \type{ssize\_t}.\\ - \cmd{t} & Una conversione intera corrisponde a un \type{ptrdiff\_t}.\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Il modificatore di tipo di dato per il formato di \func{printf}} - \label{tab:file_format_type} -\end{table} - -Una versione alternativa delle funzioni di output formattato, che permettono -di usare il puntatore ad una lista variabile \index{funzioni!variadic} di -argomenti (vedi sez.~\ref{sec:proc_variadic}), sono \funcd{vprintf}, -\funcd{vfprintf} e \funcd{vsprintf}, i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int vprintf(const char *format, va\_list ap)} Stampa su - \var{stdout} gli argomenti della lista \param{ap}, secondo il formato - specificato da \param{format}. - - \funcdecl{int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va\_list ap)} - Stampa su \param{stream} gli argomenti della lista \param{ap}, secondo il - formato specificato da \param{format}. - - \funcdecl{int vsprintf(char *str, const char *format, va\_list ap)} Stampa - sulla stringa \param{str} gli argomenti della lista \param{ap}, secondo il - formato specificato da \param{format}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano il numero di caratteri stampati.} -\end{functions} -\noindent con queste funzioni diventa possibile selezionare gli argomenti che -si vogliono passare ad una funzione di stampa, passando direttamente la lista -tramite l'argomento \param{ap}. Per poter far questo ovviamente la lista -variabile\index{funzioni!variadic} degli argomenti dovrà essere opportunamente -trattata (l'argomento è esaminato in sez.~\ref{sec:proc_variadic}), e dopo -l'esecuzione della funzione l'argomento -\param{ap} non sarà più utilizzabile (in generale dovrebbe essere eseguito un -\code{va\_end(ap)} ma in Linux questo non è necessario). - -Come per \func{sprintf} anche per \func{vsprintf} esiste una analoga -\funcd{vsnprintf} che pone un limite sul numero di caratteri che vengono -scritti sulla stringa di destinazione: -\begin{prototype}{stdio.h} -{vsnprintf(char *str, size\_t size, const char *format, va\_list ap)} - Identica a \func{vsprintf}, ma non scrive su \param{str} più di - \param{size} caratteri. -\end{prototype} -\noindent in modo da evitare possibili \itindex{buffer~overflow} buffer -overflow. - - -Per eliminare alla radice questi problemi, le \acr{glibc} supportano una -specifica estensione GNU che alloca dinamicamente tutto lo spazio necessario; -l'estensione si attiva al solito definendo \macro{\_GNU\_SOURCE}, le due -funzioni sono \funcd{asprintf} e \funcd{vasprintf}, ed i rispettivi prototipi -sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int asprintf(char **strptr, const char *format, ...)} Stampa gli - argomenti specificati secondo il formato specificato da \param{format} su - una stringa allocata automaticamente all'indirizzo \param{*strptr}. - - \funcdecl{int vasprintf(char **strptr, const char *format, va\_list ap)} - Stampa gli argomenti della lista \param{ap} secondo il formato specificato - da \param{format} su una stringa allocata automaticamente all'indirizzo - \param{*strptr}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano il numero di caratteri stampati.} -\end{functions} - -Entrambe le funzioni prendono come argomento \param{strptr} che deve essere -l'indirizzo di un puntatore ad una stringa di caratteri, in cui verrà -restituito (si ricordi quanto detto in sez.~\ref{sec:proc_var_passing} a -proposito dei \itindex{value~result~argument} \textit{value result argument}) -l'indirizzo della stringa allocata automaticamente dalle funzioni. Occorre -inoltre ricordarsi di invocare \func{free} per liberare detto puntatore quando -la stringa non serve più, onde evitare \itindex{memory~leak} \textit{memory - leak}. - -% TODO verificare se mettere prototipi di \func{dprintf} e \func{vdprintf} - -Infine una ulteriore estensione GNU definisce le due funzioni \funcm{dprintf} e -\funcm{vdprintf}, che prendono un file descriptor al posto dello -\textit{stream}. Altre estensioni permettono di scrivere con caratteri -estesi. Anche queste funzioni, il cui nome è generato dalle precedenti -funzioni aggiungendo una \texttt{w} davanti a \texttt{print}, sono trattate in -dettaglio nella documentazione delle \acr{glibc}. - -In corrispondenza alla famiglia di funzioni \func{printf} che si usano per -l'output formattato, l'input formattato viene eseguito con le funzioni della -famiglia \func{scanf}; fra queste le tre più importanti sono \funcd{scanf}, -\funcd{fscanf} e \funcd{sscanf}, i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} \funcdecl{int scanf(const char *format, ...)} Esegue una - scansione di \file{stdin} cercando una corrispondenza di quanto letto con il - formato dei dati specificato da \param{format}, ed effettua le relative - conversione memorizzando il risultato negli argomenti seguenti. - - \funcdecl{int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)} Analoga alla - precedente, ma effettua la scansione su \param{stream}. - - \funcdecl{int sscanf(char *str, const char *format, ...)} Analoga alle - precedenti, ma effettua la scansione dalla stringa \param{str}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano il numero di elementi assegnati. Questi - possono essere in numero inferiore a quelli specificati, ed anche zero. - Quest'ultimo valore significa che non si è trovata corrispondenza. In caso - di errore o fine del file viene invece restituito \val{EOF}.} -\end{functions} -\noindent e come per le analoghe funzioni di scrittura esistono le relative -\funcm{vscanf}, \funcm{vfscanf} e \funcm{vsscanf} che usano un puntatore ad -una lista di argomenti. - -Tutte le funzioni della famiglia delle \func{scanf} vogliono come argomenti i -puntatori alle variabili che dovranno contenere le conversioni; questo è un -primo elemento di disagio in quanto è molto facile dimenticarsi di questa -caratteristica. - -Le funzioni leggono i caratteri dallo \textit{stream} (o dalla stringa) di -input ed eseguono un confronto con quanto indicato in \param{format}, la -sintassi di questo argomento è simile a quella usata per l'analogo di -\func{printf}, ma ci sono varie differenze. Le funzioni di input infatti sono -più orientate verso la lettura di testo libero che verso un input formattato -in campi fissi. Uno spazio in \param{format} corrisponde con un numero -qualunque di caratteri di separazione (che possono essere spazi, tabulatori, -virgole ecc.), mentre caratteri diversi richiedono una corrispondenza -esatta. Le direttive di conversione sono analoghe a quelle di \func{printf} e -si trovano descritte in dettaglio nelle pagine di manuale e nel manuale delle -\acr{glibc}. - -Le funzioni eseguono la lettura dall'input, scartano i separatori (e gli -eventuali caratteri diversi indicati dalla stringa di formato) effettuando le -conversioni richieste; in caso la corrispondenza fallisca (o la funzione non -sia in grado di effettuare una delle conversioni richieste) la scansione viene -interrotta immediatamente e la funzione ritorna lasciando posizionato lo -\textit{stream} al primo carattere che non corrisponde. - -Data la notevole complessità di uso di queste funzioni, che richiedono molta -cura nella definizione delle corrette stringhe di formato e sono facilmente -soggette ad errori, e considerato anche il fatto che è estremamente macchinoso -recuperare in caso di fallimento nelle corrispondenze, l'input formattato non -è molto usato. In genere infatti quando si ha a che fare con un input -relativamente semplice si preferisce usare l'input di linea ed effettuare -scansione e conversione di quanto serve direttamente con una delle funzioni di -conversione delle stringhe; se invece il formato è più complesso diventa più -facile utilizzare uno strumento come \cmd{flex}\footnote{il programma - \cmd{flex}, è una implementazione libera di \cmd{lex} un generatore di - analizzatori lessicali. Per i dettagli si può fare riferimento al manuale - \cite{flex}.} per generare un analizzatore lessicale o il -\cmd{bison}\footnote{il programma \cmd{bison} è un clone del generatore di - parser \cmd{yacc}, maggiori dettagli possono essere trovati nel relativo - manuale \cite{bison}.} per generare un parser. - - -\subsection{Posizionamento su uno \textit{stream}} -\label{sec:file_fseek} - -Come per i file descriptor anche per gli \textit{stream} è possibile spostarsi -all'interno di un file per effettuare operazioni di lettura o scrittura in un -punto prestabilito; sempre che l'operazione di riposizionamento sia supportata -dal file sottostante lo \textit{stream}, quando cioè si ha a che fare con -quello che viene detto un file ad \textsl{accesso casuale}.\footnote{dato che - in un sistema Unix esistono vari tipi di file, come le fifo ed i - \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, non è scontato che questo - sia sempre vero.} - -In GNU/Linux ed in generale in ogni sistema unix-like la posizione nel file è -espressa da un intero positivo, rappresentato dal tipo \type{off\_t}, il -problema è che alcune delle funzioni usate per il riposizionamento sugli -\textit{stream} originano dalle prime versioni di Unix, in cui questo tipo non -era ancora stato definito, e che in altri sistemi non è detto che la posizione -su un file venga sempre rappresentata con il numero di caratteri dall'inizio -(ad esempio in VMS può essere rappresentata come numero di record, più -l'offset rispetto al record corrente). - -Tutto questo comporta la presenza di diverse funzioni che eseguono -sostanzialmente le stesse operazioni, ma usano argomenti di tipo diverso. Le -funzioni tradizionali usate per il riposizionamento della posizione in uno -\textit{stream} sono \funcd{fseek} e \funcd{rewind} i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)} Sposta la - posizione nello \textit{stream} secondo quanto specificato - tramite \param{offset} e \param{whence}. - - \funcdecl{void rewind(FILE *stream)} Riporta la posizione nello - \textit{stream} all'inizio del file. -\end{functions} - -L'uso di \func{fseek} è del tutto analogo a quello di \func{lseek} per i file -descriptor, e gli argomenti, a parte il tipo, hanno lo stesso significato; in -particolare \param{whence} assume gli stessi valori già visti in -sez.~\ref{sec:file_lseek}. La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 -in caso di errore. La funzione \func{rewind} riporta semplicemente la -posizione corrente all'inizio dello \textit{stream}, ma non esattamente -equivalente ad una \code{fseek(stream, 0L, SEEK\_SET)} in quanto vengono -cancellati anche i flag di errore e fine del file. - -Per ottenere la posizione corrente si usa invece la funzione \funcd{ftell}, il -cui prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{long ftell(FILE *stream)} - Legge la posizione attuale nello \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{La funzione restituisce la posizione corrente, o -1 in caso - di fallimento, che può esser dovuto sia al fatto che il file non - supporta il riposizionamento che al fatto che la posizione non può - essere espressa con un \ctyp{long int}} -\end{prototype} -\noindent la funzione restituisce la posizione come numero di byte -dall'inizio dello \textit{stream}. - -Queste funzioni esprimono tutte la posizione nel file come un \ctyp{long int}. -Dato che (ad esempio quando si usa un filesystem indicizzato a 64 bit) questo -può non essere possibile lo standard POSIX ha introdotto le nuove funzioni -\funcd{fgetpos} e \funcd{fsetpos}, che invece usano il nuovo tipo -\type{fpos\_t}, ed i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{int fsetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)} Imposta la posizione - corrente nello \textit{stream} \param{stream} al valore specificato - da \param{pos}. - - \funcdecl{int fgetpos(FILE *stream, fpos\_t *pos)} Legge la posizione - corrente nello \textit{stream} \param{stream} e la scrive in \param{pos}. - - \bodydesc{Le funzioni ritornano 0 in caso di successo e -1 in caso di - errore.} -\end{functions} - -In Linux, a partire dalle glibc 2.1, sono presenti anche le due funzioni -\func{fseeko} e \func{ftello}, che sono assolutamente identiche alle -precedenti \func{fseek} e \func{ftell} ma hanno argomenti di tipo -\type{off\_t} anziché di tipo \ctyp{long int}. Dato che \ctyp{long} è nella -gran parte dei casi un intero a 32 bit, questo diventa un problema quando la -posizione sul file viene espressa con un valore a 64 bit come accade nei -sistemi più moderni. - -% TODO: mettere prototipi espliciti fseeko e ftello o menzione? - - -\section{Funzioni avanzate} -\label{sec:file_stream_adv_func} - -In questa sezione esamineremo alcune funzioni avanzate che permettono di -eseguire operazioni particolari sugli \textit{stream}, come leggerne gli -attributi, controllarne le modalità di bufferizzazione, gestire direttamente i -lock impliciti per la programmazione \itindex{thread} \textit{multi-thread}. - - -\subsection{Le funzioni di controllo} -\label{sec:file_stream_cntrl} - -Al contrario di quanto avviene con i file descriptor, le librerie standard del -C non prevedono nessuna funzione come la \func{fcntl} per il controllo degli -attributi dei file. Però, dato che ogni \textit{stream} si appoggia ad un file -descriptor, si può usare la funzione \funcd{fileno} per ottenere quest'ultimo, -il prototipo della funzione è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int fileno(FILE *stream)} - Legge il file descriptor sottostante lo \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{Restituisce il numero del file descriptor in caso di successo, e - -1 qualora \param{stream} non sia valido, nel qual caso imposta - \var{errno} a \errval{EBADF}.} -\end{prototype} -\noindent ed in questo modo diventa possibile usare direttamente \func{fcntl}. - -Questo permette di accedere agli attributi del file descriptor sottostante lo -\textit{stream}, ma non ci dà nessuna informazione riguardo alle proprietà -dello \textit{stream} medesimo. Le \acr{glibc} però supportano alcune -estensioni derivate da Solaris, che permettono di ottenere informazioni utili. - -Ad esempio in certi casi può essere necessario sapere se un certo -\textit{stream} è accessibile in lettura o scrittura. In genere questa -informazione non è disponibile, e si deve ricordare come il file è stato -aperto. La cosa può essere complessa se le operazioni vengono effettuate in -una subroutine, che a questo punto necessiterà di informazioni aggiuntive -rispetto al semplice puntatore allo \textit{stream}; questo può essere evitato -con le due funzioni \funcd{\_\_freadable} e \funcd{\_\_fwritable} i cui -prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio\_ext.h} - \funcdecl{int \_\_freadable(FILE *stream)} - Restituisce un valore diverso da zero se \param{stream} consente la lettura. - - \funcdecl{int \_\_fwritable(FILE *stream)} - Restituisce un valore diverso da zero se \param{stream} consente la - scrittura. -\end{functions} -\noindent che permettono di ottenere questa informazione. - -La conoscenza dell'ultima operazione effettuata su uno \textit{stream} aperto -è utile in quanto permette di trarre conclusioni sullo stato del buffer e del -suo contenuto. Altre due funzioni, \funcd{\_\_freading} e \funcd{\_\_fwriting} -servono a tale scopo, il loro prototipo è: -\begin{functions} - \headdecl{stdio\_ext.h} - \funcdecl{int \_\_freading(FILE *stream)} - Restituisce un valore diverso da zero se \param{stream} è aperto in sola - lettura o se l'ultima operazione è stata di lettura. - - \funcdecl{int \_\_fwriting(FILE *stream)} - Restituisce un valore diverso da zero se \param{stream} è aperto in sola - scrittura o se l'ultima operazione è stata di scrittura. -\end{functions} - -Le due funzioni permettono di determinare di che tipo è stata l'ultima -operazione eseguita su uno \textit{stream} aperto in lettura/scrittura; -ovviamente se uno \textit{stream} è aperto in sola lettura (o sola scrittura) -la modalità dell'ultima operazione è sempre determinata; l'unica ambiguità è -quando non sono state ancora eseguite operazioni, in questo caso le funzioni -rispondono come se una operazione ci fosse comunque stata. - - -\subsection{Il controllo della bufferizzazione} -\label{sec:file_buffering_ctrl} - -Come accennato in sez.~\ref{sec:file_buffering} le librerie definiscono una -serie di funzioni che permettono di controllare il comportamento degli -\textit{stream}; se non si è specificato nulla, la modalità di buffering viene -decisa autonomamente sulla base del tipo di file sottostante, ed i buffer -vengono allocati automaticamente. - -Però una volta che si sia aperto lo \textit{stream} (ma prima di aver compiuto -operazioni su di esso) è possibile intervenire sulle modalità di buffering; la -funzione che permette di controllare la bufferizzazione è \funcd{setvbuf}, il -suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, - size\_t size)} - - Imposta la bufferizzazione dello \textit{stream} \param{stream} nella - modalità indicata da \param{mode}, usando \param{buf} come buffer di - lunghezza - \param{size}. - - \bodydesc{Restituisce zero in caso di successo, ed un valore qualunque in - caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene impostata opportunamente.} -\end{prototype} - -La funzione permette di controllare tutti gli aspetti della bufferizzazione; -l'utente può specificare un buffer da usare al posto di quello allocato dal -sistema passandone alla funzione l'indirizzo in \param{buf} e la dimensione in -\param{size}. - -Ovviamente se si usa un buffer specificato dall'utente questo deve essere -stato allocato e rimanere disponibile per tutto il tempo in cui si opera sullo -\textit{stream}. In genere conviene allocarlo con \func{malloc} e disallocarlo -dopo la chiusura del file; ma fintanto che il file è usato all'interno di una -funzione, può anche essere usata una \index{variabili!automatiche} variabile -automatica. In \headfile{stdio.h} è definita la macro \const{BUFSIZ}, che -indica le dimensioni generiche del buffer di uno \textit{stream}; queste -vengono usate dalla funzione \func{setbuf}. Non è detto però che tale -dimensione corrisponda sempre al valore ottimale (che può variare a seconda -del dispositivo). - -Dato che la procedura di allocazione manuale è macchinosa, comporta dei rischi -(come delle scritture accidentali sul buffer) e non assicura la scelta delle -dimensioni ottimali, è sempre meglio lasciare allocare il buffer alle funzioni -di libreria, che sono in grado di farlo in maniera ottimale e trasparente -all'utente (in quanto la deallocazione avviene automaticamente). Inoltre -siccome alcune implementazioni usano parte del buffer per mantenere delle -informazioni di controllo, non è detto che le dimensioni dello stesso -coincidano con quelle su cui viene effettuato l'I/O. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|l|} - \hline - \textbf{Valore} & \textbf{Modalità} \\ - \hline - \hline - \const{\_IONBF} & \textit{unbuffered}\\ - \const{\_IOLBF} & \textit{line buffered}\\ - \const{\_IOFBF} & \textit{fully buffered}\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Valori dell'argomento \param{mode} di \func{setvbuf} - per l'impostazione delle modalità di bufferizzazione.} - \label{tab:file_stream_buf_mode} -\end{table} - -Per evitare che \func{setvbuf} imposti il buffer basta passare un valore -\val{NULL} per \param{buf} e la funzione ignorerà l'argomento \param{size} -usando il buffer allocato automaticamente dal sistema. Si potrà comunque -modificare la modalità di bufferizzazione, passando in \param{mode} uno degli -opportuni valori elencati in tab.~\ref{tab:file_stream_buf_mode}. Qualora si -specifichi la modalità non bufferizzata i valori di \param{buf} e \param{size} -vengono sempre ignorati. - -Oltre a \func{setvbuf} le \acr{glibc} definiscono altre tre funzioni per la -gestione della bufferizzazione di uno \textit{stream}: \funcd{setbuf}, -\funcd{setbuffer} e \funcd{setlinebuf}; i loro prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{void setbuf(FILE *stream, char *buf)} Disabilita la - bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} - come buffer di dimensione \const{BUFSIZ} in modalità \textit{fully buffered}. - - \funcdecl{void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size\_t size)} Disabilita - la bufferizzazione se \param{buf} è \val{NULL}, altrimenti usa \param{buf} - come buffer di dimensione \param{size} in modalità \textit{fully buffered}. - - \funcdecl{void setlinebuf(FILE *stream)} Pone lo \textit{stream} in modalità - \textit{line buffered}. -\end{functions} -\noindent tutte queste funzioni sono realizzate con opportune chiamate a -\func{setvbuf} e sono definite solo per compatibilità con le vecchie librerie -BSD. Infine le \acr{glibc} provvedono le funzioni non standard\footnote{anche - queste funzioni sono originarie di Solaris.} \funcd{\_\_flbf} e -\funcd{\_\_fbufsize} che permettono di leggere le proprietà di bufferizzazione -di uno \textit{stream}; i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio\_ext.h} - - \funcdecl{int \_\_flbf(FILE *stream)} Restituisce un valore diverso da zero - se \param{stream} è in modalità \textit{line buffered}. - - \funcdecl{size\_t \_\_fbufsize(FILE *stream)} Restituisce le dimensioni del - buffer di \param{stream}. -\end{functions} - -Come già accennato, indipendentemente dalla modalità di bufferizzazione -scelta, si può forzare lo scarico dei dati sul file con la funzione -\funcd{fflush}, il suo prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int fflush(FILE *stream)} - - Forza la scrittura di tutti i dati bufferizzati dello - \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{Restituisce zero in caso di successo, ed \val{EOF} in caso di - errore, impostando \var{errno} a \errval{EBADF} se \param{stream} non è - aperto o non è aperto in scrittura, o ad uno degli errori di - \func{write}.} -\end{prototype} -\noindent anche di questa funzione esiste una analoga -\func{fflush\_unlocked}\footnote{accessibile definendo \macro{\_BSD\_SOURCE} o - \macro{\_SVID\_SOURCE} o \macro{\_GNU\_SOURCE}.} che non effettua il blocco -dello stream. - -% TODO aggiungere prototipo \func{fflush\_unlocked}? - -Se \param{stream} è \val{NULL} lo scarico dei dati è forzato per tutti gli -\textit{stream} aperti. Esistono però circostanze, ad esempio quando si vuole -essere sicuri che sia stato eseguito tutto l'output su terminale, in cui serve -poter effettuare lo scarico dei dati solo per gli \textit{stream} in modalità -line buffered; per questo motivo le \acr{glibc} supportano una estensione di -Solaris, la funzione \funcd{\_flushlbf}, il cui prototipo è: -\begin{prototype}{stdio-ext.h}{void \_flushlbf(void)} - Forza la scrittura di tutti i dati bufferizzati degli \textit{stream} in - modalità line buffered. -\end{prototype} - -Si ricordi comunque che lo scarico dei dati dai buffer effettuato da queste -funzioni non comporta la scrittura di questi su disco; se si vuole che il -kernel dia effettivamente avvio alle operazioni di scrittura su disco occorre -usare \func{sync} o \func{fsync} (si veda~sez.~\ref{sec:file_sync}). - -Infine esistono anche circostanze in cui si vuole scartare tutto l'output -pendente; per questo si può usare \funcd{fpurge}, il cui prototipo è: -\begin{prototype}{stdio.h}{int fpurge(FILE *stream)} - - Cancella i buffer di input e di output dello \textit{stream} \param{stream}. - - \bodydesc{Restituisce zero in caso di successo, ed \val{EOF} in caso di - errore.} -\end{prototype} - -La funzione scarta tutti i dati non ancora scritti (se il file è aperto in -scrittura), e tutto l'input non ancora letto (se è aperto in lettura), -compresi gli eventuali caratteri rimandati indietro con \func{ungetc}. - - -\subsection{Gli \textit{stream} e i \textit{thread}} -\label{sec:file_stream_thread} - -\itindbeg{thread} - -Gli \textit{stream} possono essere usati in applicazioni \textit{multi-thread} -allo stesso modo in cui sono usati nelle applicazioni normali, ma si deve -essere consapevoli delle possibili complicazioni anche quando non si usano i -\textit{thread}, dato che l'implementazione delle librerie è influenzata -pesantemente dalle richieste necessarie per garantirne l'uso con i -\textit{thread}. - -Lo standard POSIX richiede che le operazioni sui file siano atomiche rispetto -ai \textit{thread}, per questo le operazioni sui buffer effettuate dalle -funzioni di libreria durante la lettura e la scrittura di uno \textit{stream} -devono essere opportunamente protette (in quanto il sistema assicura -l'atomicità solo per le system call). Questo viene fatto associando ad ogni -\textit{stream} un opportuno blocco che deve essere implicitamente acquisito -prima dell'esecuzione di qualunque operazione. - -Ci sono comunque situazioni in cui questo non basta, come quando un -\textit{thread} necessita di compiere più di una operazione sullo -\textit{stream} atomicamente, per questo motivo le librerie provvedono anche -delle funzioni \funcd{flockfile}, \funcd{ftrylockfile} e \funcd{funlockfile}, -che permettono la gestione esplicita dei blocchi sugli \textit{stream}; esse -sono disponibili definendo \macro{\_POSIX\_THREAD\_SAFE\_FUNCTIONS} ed i loro -prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{stdio.h} - - \funcdecl{void flockfile(FILE *stream)} Esegue l'acquisizione del lock dello - \textit{stream} \param{stream}, bloccandosi se il lock non è disponibile. - - \funcdecl{int ftrylockfile(FILE *stream)} Tenta l'acquisizione del lock - dello \textit{stream} \param{stream}, senza bloccarsi se il lock non è - disponibile. Ritorna zero in caso di acquisizione del lock, diverso da zero - altrimenti. - - \funcdecl{void funlockfile(FILE *stream)} Rilascia il lock dello - \textit{stream} \param{stream}. -\end{functions} -\noindent con queste funzioni diventa possibile acquisire un blocco ed -eseguire tutte le operazioni volute, per poi rilasciarlo. - -Ma, vista la complessità delle strutture di dati coinvolte, le operazioni di -blocco non sono del tutto indolori, e quando il locking dello \textit{stream} -non è necessario (come in tutti i programmi che non usano i \textit{thread}), -tutta la procedura può comportare dei costi pesanti in termini di -prestazioni. Per questo motivo abbiamo visto come alle usuali funzioni di I/O -non formattato siano associate delle versioni \code{\_unlocked} (alcune -previste dallo stesso standard POSIX, altre aggiunte come estensioni dalle -\acr{glibc}) che possono essere usate quando il locking non serve\footnote{in - certi casi dette funzioni possono essere usate, visto che sono molto più - efficienti, anche in caso di necessità di locking, una volta che questo sia - stato acquisito manualmente.} con prestazioni molto più elevate, dato che -spesso queste versioni (come accade per \func{getc} e \func{putc}) sono -realizzate come macro. - -La sostituzione di tutte le funzioni di I/O con le relative versioni -\code{\_unlocked} in un programma che non usa i \textit{thread} è però un -lavoro abbastanza noioso; per questo motivo le \acr{glibc} forniscono al -programmatore pigro un'altra via\footnote{anche questa mutuata da estensioni - introdotte in Solaris.} da poter utilizzare per disabilitare in blocco il -locking degli \textit{stream}: l'uso della funzione \funcd{\_\_fsetlocking}, -il cui prototipo è: -\begin{prototype}{stdio\_ext.h}{int \_\_fsetlocking (FILE *stream, int type)} - Specifica o richiede a seconda del valore di \param{type} la modalità in cui - le operazioni di I/O su \param{stream} vengono effettuate rispetto - all'acquisizione implicita del blocco sullo \textit{stream}. - - \bodydesc{Restituisce lo stato di locking interno dello \textit{stream} con - uno dei valori \const{FSETLOCKING\_INTERNAL} o - \const{FSETLOCKING\_BYCALLER}.} -\end{prototype} - -La funzione imposta o legge lo stato della modalità di operazione di uno -\textit{stream} nei confronti del locking a seconda del valore specificato -con \param{type}, che può essere uno dei seguenti: -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{4.0cm}} -\item[\const{FSETLOCKING\_INTERNAL}] Lo \textit{stream} userà da ora in poi il - blocco implicito predefinito. -\item[\const{FSETLOCKING\_BYCALLER}] Al ritorno della funzione sarà l'utente a - dover gestire da solo il locking dello \textit{stream}. -\item[\const{FSETLOCKING\_QUERY}] Restituisce lo stato corrente della modalità - di blocco dello \textit{stream}. -\end{basedescript} - -% TODO trattare \func{clearerr\_unlocked} - - -\itindend{thread} - - - -%%% Local Variables: -%%% mode: latex -%%% TeX-master: "gapil" -%%% End: - -% LocalWords: stream cap system call kernel Ritchie glibc descriptor Stevens -% LocalWords: buf read write filesystem st blksize stat sez l'header stdio BSD -% LocalWords: nell'header stdin shell stdout stderr error freopen flush line -% LocalWords: unbuffered buffered newline fully SVr fopen fdopen POSIX const -% LocalWords: char path int fildes NULL errno malloc fcntl fclose fflush tab -% LocalWords: dup fifo socket append EXCL ccs STRING IRUSR IWUSR IRGRP IWGRP -% LocalWords: IROTH IWOTH umask fseek fsetpos rewind SEEK CUR EOF EBADF close -% LocalWords: sync fcloseall SOURCE void stdlib of feof ferror clearerr l'I ws -% LocalWords: unlocked fread fwrite size ptr nmemb nelem gcc padding point str -% LocalWords: lock thread fgetc getc getchar dell'overhead altresì unsigned ap -% LocalWords: getwc fgetwc getwchar wint wchar WEOF putc fputc putchar dell'I -% LocalWords: SVID getw putw parsing peeking ahead ungetc gets fgets string Di -% LocalWords: overflow Aleph stack fputs puts fgetws fputws getline ssize leak -% LocalWords: realloc value result argument memory getdelim delim printf short -% LocalWords: fprintf sprintf format snprintf variadic long double intmax list -% LocalWords: uintmax ptrdiff vprintf vfprintf vsprintf vsnprintf asprintf lex -% LocalWords: vasprintf strptr dprintf vdprintf print scanf fscanf sscanf flex -% LocalWords: vscanf vfscanf vsscanf bison parser yacc like off VMS whence pos -% LocalWords: lseek ftell fgetpos fpos fseeko ftello fileno Solaris freadable -% LocalWords: fwritable ext freading fwriting buffering setvbuf BUFSIZ setbuf -% LocalWords: IONBF IOLBF IOFBF setbuffer setlinebuf flbf fbufsize flushlbf hh -% LocalWords: fsync fpurge flockfile ftrylockfile funlockfile SAFE FUNCTIONS -% LocalWords: locking fsetlocking type BYCALLER QUERY ll diff --git a/fileunix.tex b/fileunix.tex deleted file mode 100644 index a69de77..0000000 --- a/fileunix.tex +++ /dev/null @@ -1,1764 +0,0 @@ -%% fileunix.tex -%% -%% Copyright (C) 2000-2012 Simone Piccardi. Permission is granted to -%% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free -%% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the -%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo", -%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the -%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation -%% License". -%% - -\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 \itindex{file~descriptor} \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 -al cap.~\ref{cha:files_std_interface}. - - - -\section{L'architettura di base} -\label{sec:file_base_arch} - -In questa sezione faremo una breve introduzione sull'architettura su cui è -basata dell'interfaccia dei \textit{file descriptor}, che, sia pure con -differenze nella realizzazione pratica, resta sostanzialmente la stessa in -tutte le implementazione di un sistema unix-like. - - -\subsection{L'architettura dei \textit{file descriptor}} -\label{sec:file_fd} - -\itindbeg{file~descriptor} - -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 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Questo si fa aprendo il file -con la funzione \func{open} che provvederà a localizzare \itindex{inode} l'inode -del file e inizializzare i puntatori che rendono disponibili le funzioni che -il VFS mette a disposizione (riportate in -tab.~\ref{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 \func{open} restituisce questo numero, -tutte le ulteriori operazioni saranno compiute specificando questo stesso -valore come argomento alle varie funzioni dell'interfaccia. - -Per capire come funziona il meccanismo occorre spiegare a grandi linee come il -kernel gestisce l'interazione fra processi e file. Il kernel mantiene sempre -un elenco dei processi attivi nella cosiddetta \itindex{process~table} -\textit{process table} ed un elenco dei file aperti nella -\itindex{file~table} \textit{file table}. - -La \itindex{process~table} \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 \kstruct{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 -\kstruct{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 - \itindex{file~table} \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 \itindex{file~table} \textit{file table} è una tabella che contiene una -voce per ciascun file che è stato aperto nel sistema. In Linux è costituita da -puntatori alle strutture di tipo \kstruct{file} di fig.~\ref{fig:kstruct_file} -che come illustrano mantengono 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 \itindex{inode} all'inode\footnote{nel kernel 2.4.x si è in - realtà passati ad un puntatore ad una struttura \kstruct{dentry} che punta - a sua volta \itindex{inode} all'\textit{inode} passando per la nuova - struttura del VFS.} del file. -\item un puntatore \var{f\_op} alla tabella delle funzioni \footnote{quelle - della struttura \kstruct{file\_operation}, descritte in - tab.~\ref{tab:file_file_operations}.} che si possono usare sul file. -\end{itemize*} - -In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è riportato uno schema in cui è illustrata -questa architettura, ed in cui si sono evidenziate le interrelazioni fra le -varie strutture di dati sulla quale essa è basata. -Ritorneremo su questo schema più volte, dato che esso è fondamentale per -capire i dettagli del funzionamento dell'interfaccia dei \textit{file - descriptor}. - -\begin{figure}[!htb] - \centering - \includegraphics[width=13cm]{img/procfile} - \caption{Schema della architettura dell'accesso ai file attraverso - l'interfaccia dei \textit{file descriptor}.} - \label{fig:file_proc_file} -\end{figure} - -\itindend{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 ne è -stato chiuso nessuno in precedenza). - -In tutti i sistemi unix-like esiste una convenzione generale per cui ogni -processo viene lanciato dalla shell con almeno tre file aperti. Questi, per -quanto appena detto, avranno come \itindex{file~descriptor} \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 al cosiddetto \textit{standard input}; è cioè -il file da cui il processo si aspetta di ricevere i dati in ingresso. Il -secondo file è il cosiddetto \textit{standard output}, cioè quello su cui ci -si aspetta debbano essere inviati i dati in uscita. Il terzo è lo -\textit{standard error}, su cui viene inviata l'uscita relativa agli errori. -Nel caso della shell tutti questi file sono associati al terminale di -controllo, e corrispondono quindi alla lettura della tastiera per l'ingresso e -alla scrittura sul terminale per l'uscita. Lo standard POSIX.1 provvede, al -posto dei valori numerici, tre costanti simboliche, definite in -tab.~\ref{tab:file_std_files}. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|l|} - \hline - \textbf{File} & \textbf{Significato} \\ - \hline - \hline - \const{STDIN\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard - input} \\ - \const{STDOUT\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard - output} \\ - \const{STDERR\_FILENO} & \textit{file descriptor} dello \textit{standard - error}\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Costanti definite in \headfile{unistd.h} per i file standard aperti - alla creazione di ogni processo.} - \label{tab:file_std_files} -\end{table} - -In fig.~\ref{fig:file_proc_file} si è rappresentata una situazione diversa, -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 \itindex{inode} 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 \kstruct{files\_struct}; questo limite intrinseco nei kernel -più recenti non sussiste più, dato che si è passati da un vettore ad una -lista, ma restano i limiti imposti dall'amministratore (vedi -sez.~\ref{sec:sys_limits}). - - - -\section{Le funzioni base} -\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 \funcd{open} è la funzione fondamentale per accedere ai file, ed è -quella che crea l'associazione fra un \textit{pathname} ed un -\itindex{file~descriptor} 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 \param{pathname} nella modalità indicata da - \param{flags}, e, nel caso il file sia creato, con gli eventuali permessi - specificati da \param{mode}. - - \bodydesc{La funzione ritorna il file descriptor in caso di successo e $-1$ - in caso di errore. In questo caso la variabile \var{errno} assumerà uno - dei valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EEXIST}] \param{pathname} esiste e si è specificato - \const{O\_CREAT} e \const{O\_EXCL}. - \item[\errcode{EISDIR}] \param{pathname} indica una directory e si è tentato - l'accesso in scrittura. - \item[\errcode{ENOTDIR}] si è specificato \const{O\_DIRECTORY} e - \param{pathname} non è una directory. - \item[\errcode{ENXIO}] si sono impostati \const{O\_NOBLOCK} o - \const{O\_WRONLY} ed il file è una fifo che non viene letta da nessun - processo o \param{pathname} è un file di dispositivo ma il dispositivo è - assente. - \item[\errcode{ENODEV}] \param{pathname} si riferisce a un file di - dispositivo che non esiste. - \item[\errcode{ETXTBSY}] si è cercato di accedere in scrittura all'immagine - di un programma in esecuzione. - \item[\errcode{ELOOP}] si sono incontrati troppi link simbolici nel - risolvere il \textit{pathname} o si è indicato \const{O\_NOFOLLOW} e - \param{pathname} è un link simbolico. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EACCES}, \errval{ENAMETOOLONG}, \errval{ENOENT}, - \errval{EROFS}, \errval{EFAULT}, \errval{ENOSPC}, \errval{ENOMEM}, - \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.} -\end{functions} - - -La funzione apre il file usando il primo file descriptor libero, e crea -l'opportuna voce, cioè la struttura \kstruct{file}, nella \itindex{file~table} -\textit{file table} del processo. Viene sempre restituito come valore di -ritorno il file descriptor con il valore più basso disponibile. - -\footnotetext[2]{la pagina di manuale di \func{open} segnala che questa - opzione è difettosa su NFS, e che i programmi che la usano per stabilire un - \index{file!di lock} \textsl{file di lock} possono incorrere in una - \itindex{race~condition} \textit{race condition}. Si consiglia come - alternativa di usare un file con un nome univoco e la funzione \func{link} - per verificarne l'esistenza (vedi sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}).} - -\begin{table}[!htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|p{13cm}|} - \hline - \textbf{Flag} & \textbf{Descrizione} \\ - \hline - \hline % modalità di accesso al file - \const{O\_RDONLY} & Apre il file in sola lettura, le \acr{glibc} - definiscono anche \const{O\_READ} come sinonimo. \\ - \const{O\_WRONLY} & Apre il file in sola scrittura, le \acr{glibc} - definiscono anche \const{O\_WRITE} come sinonimo. \\ - \const{O\_RDWR} & Apre il file sia in lettura che in scrittura. \\ - \hline % modalità di apertura del file - \hline - \const{O\_CREAT} & Se il file non esiste verrà creato, con le regole di - titolarità del file viste in - sez.~\ref{sec:file_ownership_management}. Con questa - opzione l'argomento \param{mode} deve essere - specificato.\\ - \const{O\_EXCL} & Usato in congiunzione con \const{O\_CREAT} fa sì che - la precedente esistenza del file diventi un - errore\protect\footnotemark\ che fa fallire - \func{open} con \errcode{EEXIST}.\\ - \const{O\_NONBLOCK}& Apre il file in modalità non bloccante, e - comporta che \func{open} ritorni immediatamente anche - quando dovrebbe bloccarsi (l'opzione ha senso solo per - le fifo, vedi sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}).\\ - \const{O\_NOCTTY} & Se \param{pathname} si riferisce ad un dispositivo di - terminale, questo non diventerà il terminale di - controllo, anche se il processo non ne ha ancora uno - (si veda sez.~\ref{sec:sess_ctrl_term}).\\ - \const{O\_SHLOCK} & Apre il file con uno shared lock (vedi - sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD, - assente in Linux.\\ - \const{O\_EXLOCK} & Apre il file con un lock esclusivo (vedi - sez.~\ref{sec:file_locking}). Specifica di BSD, - assente in Linux.\\ - \const{O\_TRUNC} & Se usato su un file di dati aperto in scrittura, - ne tronca la lunghezza a zero; con un terminale o una - fifo viene ignorato, negli altri casi il - comportamento non è specificato.\\ - \const{O\_NOFOLLOW}& Se \param{pathname} è un link simbolico la chiamata - fallisce. Questa è un'estensione BSD aggiunta in Linux - dal kernel 2.1.126. Nelle versioni precedenti i link - simbolici sono sempre seguiti, e questa opzione è - ignorata.\\ - \const{O\_DIRECTORY}&Se \param{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 - \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} - \textit{DoS}\protect\footnotemark\ quando - \func{opendir} viene chiamata su una fifo o su un - dispositivo associato ad una unità a nastri, non deve - dispositivo a nastri; non deve essere utilizzato - al di fuori dell'implementazione di \func{opendir}.\\ - \const{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 coi file - \const{O\_APPEND} & Il file viene aperto in \itindex{append~mode} - \textit{append mode}. Prima di ciascuna - scrittura la posizione corrente viene sempre impostata - alla fine del file. Con NFS si può avere una - corruzione del file se più di un processo scrive allo - stesso tempo.\footnotemark\\ - \const{O\_NONBLOCK}& Il file viene aperto in modalità non bloccante per - le operazioni di I/O (che tratteremo in - sez.~\ref{sec:file_noblocking}): questo significa il - fallimento di \func{read} in assenza di dati da - leggere e quello di \func{write} in caso di - impossibilità di scrivere immediatamente. Questa - modalità ha senso solo per le fifo e per alcuni file - di dispositivo.\\ - \const{O\_NDELAY} & In Linux\footnotemark\ è sinonimo di - \const{O\_NONBLOCK}.\\ - \const{O\_ASYNC} & Apre il file per l'I/O in modalità asincrona (vedi - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Quando è - impostato viene generato il segnale \signal{SIGIO} - tutte le volte che sono disponibili dati in input - sul file.\\ - \const{O\_SYNC} & Apre il file per l'input/output sincrono: ogni - \func{write} bloccherà fino al completamento della - scrittura di tutti i dati sull'hardware - sottostante.\\ - \const{O\_FSYNC} & Sinonimo di \const{O\_SYNC}, usato da BSD.\\ - \const{O\_DSYNC} & Variante di I/O sincrono definita da POSIX; presente - dal kernel 2.1.130 come sinonimo di - \const{O\_SYNC}.\\ - \const{O\_RSYNC} & Variante analoga alla precedente, trattata allo stesso - modo.\\ - \const{O\_NOATIME} & Blocca l'aggiornamento dei tempi di accesso dei - file (vedi sez.~\ref{sec:file_file_times}). Per molti - filesystem questa funzionalità non è disponibile per - il singolo file ma come opzione generale da - specificare in fase di montaggio.\\ - \const{O\_DIRECT} & Esegue l'I/O direttamente dai buffer in user space - in maniera sincrona, in modo da scavalcare i - meccanismi di caching del kernel. In genere questo - peggiora le prestazioni tranne quando le - applicazioni\footnotemark ottimizzano il proprio - caching. Per i kernel della serie 2.4 si deve - garantire che i buffer in user space siano allineati - alle dimensioni dei blocchi del filesystem; per il - kernel 2.6 basta che siano allineati a multipli di 512 - byte.\\ - \const{O\_CLOEXEC} & Attiva la modalità di \itindex{close-on-exec} - \textit{close-on-exec} (vedi - sez.~\ref{sec:file_sharing} e - \ref{sec:file_fcntl}).\footnotemark\\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Valori e significato dei vari bit del \textit{file status flag}.} - \label{tab:file_open_flags} -\end{table} - -\footnotetext[3]{acronimo di \itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{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 - \itindex{append~mode} \textit{append}, ed il kernel deve simularla, ma - questo comporta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race - condition}, vedi sez.~\ref{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 - un'ambiguità, dato che come vedremo in sez.~\ref{sec:file_read} il ritorno di - zero da parte di \func{read} ha il significato di una \textit{end-of-file}.} - -\footnotetext[6]{l'opzione è stata introdotta dalla SGI in IRIX, e serve - sostanzialmente a permettere ad alcuni programmi (in genere database) la - gestione diretta della bufferizzazione dell'I/O in quanto essi sono in grado - di ottimizzarla al meglio per le loro prestazioni; l'opzione è presente - anche in FreeBSD, senza limiti di allineamento dei buffer. In Linux è stata - introdotta con il kernel 2.4.10, le versioni precedenti la ignorano.} - -\footnotetext[7]{introdotto con il kernel 2.6.23, per evitare una - \itindex{race~condition} \textit{race condition} che si può verificare con i - \itindex{thread} \textit{thread}, fra l'apertura del file e l'impostazione - della suddetta modalità con \func{fcntl}.} - -%TODO trattare le differenze fra O_DSYNC, O_SYNC e O_RSYNC introdotte nella -% nello sviluppo del kernel 2.6.33, vedi http://lwn.net/Articles/350219/ - -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 -visti in sez.~\ref{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 -sez.~\ref{sec:file_sharing}) ed è impostato per restare aperto attraverso una -\func{exec} (come accennato in sez.~\ref{sec:proc_exec}); l'offset è impostato -all'inizio del file. - -L'argomento \param{mode} indica i permessi con cui il file viene creato; i -valori possibili sono gli stessi già visti in -sez.~\ref{sec:file_perm_overview} e possono essere specificati come OR binario -delle costanti descritte in tab.~\ref{tab:file_bit_perm}. Questi permessi sono -filtrati dal valore di \itindex{umask} \textit{umask} (vedi -sez.~\ref{sec:file_perm_management}) per il processo. - -La funzione prevede diverse opzioni, che vengono specificate usando vari bit -dell'argomento \param{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 \kstruct{file} (al solito si veda lo schema -di fig.~\ref{fig:file_proc_file}). 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 impostati alla chiamata da \func{open}, e possono - essere riletti con \func{fcntl} (fanno parte del \textit{file status flag}), - ma non possono essere 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 né possono essere riletti. -\item \textsl{i bit delle modalità di operazione}: permettono di specificare - alcune caratteristiche del comportamento delle future operazioni sul file - (come \func{read} o \func{write}). Anch'essi fan parte del \textit{file - status flag}. Il loro valore è impostato alla chiamata di \func{open}, ma - possono essere riletti e modificati (insieme alle caratteristiche operative - che controllano) con una \func{fcntl}. -\end{itemize*} - -In tab.~\ref{tab:file_open_flags} 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 loro con -un OR aritmetico per costruire il valore (in forma di maschera binaria) -dell'argomento \param{flags} da passare alla \func{open}. I due flag -\const{O\_NOFOLLOW} e \const{O\_DIRECTORY} sono estensioni specifiche di -Linux, e deve essere definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} per poterli -usare. - -Nelle prime versioni di Unix i valori di \param{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, -\funcd{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 \param{mode}. È del - tutto equivalente a \code{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 \funcd{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 \param{fd}. - - \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di - errore, con \var{errno} che assume i valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un descrittore valido. - \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EIO}.} -\end{prototype} - -La chiusura di un file rilascia ogni blocco (il \textit{file locking} -\itindex{file~locking} è trattato in sez.~\ref{sec:file_locking}) che il -processo poteva avere acquisito su di esso; se \param{fd} è l'ultimo -riferimento (di eventuali copie) ad un file aperto, tutte le risorse nella -\itindex{file~table} \textit{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.\footnote{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 sez.~\ref{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 che ritardano la scrittura dei dati, da cui l'abitudine -di ripetere tre volte il comando prima di eseguire lo shutdown). - - -\subsection{La funzione \func{lseek}} -\label{sec:file_lseek} - -Come già accennato in sez.~\ref{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 \kstruct{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 \itindex{append~mode} -\const{O\_APPEND}) questa posizione viene impostata a zero all'apertura del -file. È possibile impostarla ad un valore qualsiasi con la funzione -\funcd{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)} - Imposta la posizione attuale nel file. - - \bodydesc{La funzione ritorna il valore della posizione corrente in caso di - successo e $-1$ in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno - dei valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è una pipe, un socket o una fifo. - \item[\errcode{EINVAL}] \param{whence} non è un valore valido. - \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} non può essere rappresentato nel - tipo \type{off\_t}. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EBADF}.} -\end{functions} - -La nuova posizione è impostata usando il valore specificato da \param{offset}, -sommato al riferimento dato da \param{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 - \const{L\_SET}, \const{L\_INCR} e \const{L\_XTND}.}: -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}} -\item[\const{SEEK\_SET}] si fa riferimento all'inizio del file: il valore - (sempre positivo) di \param{offset} indica direttamente la nuova posizione - corrente. -\item[\const{SEEK\_CUR}] si fa riferimento alla posizione corrente del file: - ad essa viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo) - per ottenere la nuova posizione corrente. -\item[\const{SEEK\_END}] si fa riferimento alla fine del file: alle dimensioni - del file viene sommato \param{offset} (che può essere negativo e positivo) - per ottenere la nuova posizione corrente. -\end{basedescript} - -% TODO, trattare, SEEK_HOLE e SEEK_DATA, inclusi nel kernel 3.1, vedi -% http://lwn.net/Articles/439623/ - - -Si tenga presente che la chiamata a \func{lseek} non causa nessun accesso al -file, si limita a modificare la posizione corrente (cioè il valore -\var{f\_pos} in \param{file}, vedi fig.~\ref{fig:file_proc_file}). Dato che -la funzione ritorna la nuova posizione, usando il valore zero -per \param{offset} si può riottenere la posizione corrente nel file chiamando -la funzione con \code{lseek(fd, 0, SEEK\_CUR)}. - -Si tenga presente inoltre che usare \const{SEEK\_END} non assicura affatto che -la 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 impostata in precedenza -(questa è una potenziale sorgente di \itindex{race~condition} \textit{race - condition}, vedi sez.~\ref{sec:file_atomic}). - -Non tutti i file supportano la capacità di eseguire una \func{lseek}, in -questo caso la funzione ritorna l'errore \errcode{ESPIPE}. 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 i file di -terminale.\footnote{altri sistemi, usando \const{SEEK\_SET}, in questo caso - ritornano il numero di caratteri che vi sono stati scritti.} Lo standard -POSIX però non specifica niente in proposito. Inoltre alcuni -\index{file!speciali} file speciali, ad esempio \file{/dev/null}, non causano -un errore ma restituiscono un valore indefinito. - -\itindbeg{sparse~file} - -Infine si tenga presente che, come accennato in sez.~\ref{sec:file_file_size}, -con \func{lseek} è possibile impostare una posizione anche oltre la corrente -fine del file; ed in tal caso alla successiva scrittura il file sarà esteso a -partire da detta posizione. In questo caso si ha quella che viene chiamata la -creazione di un \index{file!\textit{hole}} \textsl{buco} nel file, accade cioè -che nonostante la dimensione del file sia cresciuta in seguito alla scrittura -effettuata, lo spazio vuoto fra la precedente fine del file ed la nuova parte -scritta dopo lo spostamento, non corrisponda ad una allocazione effettiva di -spazio su disco, che sarebbe inutile dato che quella zona è effettivamente -vuota. - -Questa è una delle caratteristiche spcifiche della gestione dei file di un -sistema unix-like, ed in questo caso si ha appunto quello che in gergo si -chiama un \index{file!\textit{hole}} \textit{hole} nel file e si dice che il -file in questione è uno \textit{sparse file}. In sostanza, se si ricorda la -struttura di un filesystem illustrata in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail}, -quello che accade è che nell'\textit{inode} del file viene segnata -l'allocazione di un blocco di dati a partire dalla nuova posizione, ma non -viene allocato nulla per le posizioni intermedie; in caso di lettura -sequenziale del contenuto del file il kernel si accorgerà della presenza del -buco, e restituirà degli zeri come contenuto di quella parte del file. - -Questa funzionalità comporta una delle caratteristiche della gestione dei file -su Unix che spesso genera più confusione in chi non la conosce, per cui -sommando le dimensioni dei file si può ottenere, se si hanno molti -\textit{sparse file}, un totale anche maggiore della capacità del proprio -disco e comunque maggiore della dimensione che riporta un comando come -\cmd{du}, che calcola lo spazio disco occupato in base al numero dei blocchi -effettivamente allocati per il file. - -Questo avviene proprio perché in un sistema unix-like la dimensione di un file -è una caratteristica del tutto indipendente dalla quantità di spazio disco -effettivamente allocato, e viene registrata sull'\textit{inode} come le altre -proprietà del file. La dimensione viene aggiornata automaticamente quando si -estende un file scrivendoci, e viene riportata dal campo \var{st\_size} di una -struttura \struct{stat} quando si effettua chiamata ad una delle funzioni -\texttt{*stat} viste in sez.~\ref{sec:file_stat}. - -Questo comporta che in generale, fintanto che lo si è scritto sequenzialmente, -la dimensione di un file sarà più o meno corrispondente alla quantità di -spazio disco da esso occupato, ma esistono dei casi, come questo in cui ci si -sposta in una posizione oltre la fine corrente del file, o come quello -accennato in in sez.~\ref{sec:file_file_size} in cui si estende la dimensione -di un file con una \func{truncate}, in cui in sostanza di modifica il valore -della dimensione di \var{st\_size} senza allocare spazio su disco. Questo -consente di creare inizialmente file di dimensioni anche molto grandi, senza -dover occupare da subito dello spazio disco che in realtà sarebbe -inutilizzato. - -\itindend{sparse~file} - - -\subsection{Le funzioni \func{read} e \func{pread}} -\label{sec:file_read} - -Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in lettura) si possono -leggere i dati che contiene utilizzando la funzione \funcd{read}, il cui -prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t read(int fd, void * buf, size\_t count)} - - Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd} al buffer - \param{buf}. - - \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e - $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di - aver potuto leggere qualsiasi dato. - \item[\errcode{EAGAIN}] la funzione non aveva nessun dato da restituire e si - era aperto il file in modalità \const{O\_NONBLOCK}. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, - \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori dipendenti dalla - natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.} -\end{prototype} - -La funzione tenta di leggere \param{count} byte a partire dalla posizione -corrente nel file. Dopo la lettura la posizione sul file è spostata -automaticamente in avanti del numero di byte letti. Se \param{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 sempre 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 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. Raggiunta la fine del file, alla ripetizione di un'operazione -di lettura, otterremmo il ritorno immediato di \func{read} con uno zero. La -condizione di raggiungimento della fine del file non è un errore, e viene -segnalata appunto da un valore di ritorno di \func{read} nullo. Ripetere -ulteriormente 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 questo non è vero -quando si legge da un terminale, da una fifo o da una pipe. In tal caso -infatti, se non ci sono dati in ingresso, la \func{read} si blocca (a meno di -non aver selezionato la modalità non bloccante, vedi -sez.~\ref{sec:file_noblocking}) 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 a quelli richiesti. - -Lo stesso comportamento avviene caso di lettura dalla rete (cioè su un socket, -come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_io_behav}), o per la lettura da certi file -di dispositivo, come le unità a nastro, che restituiscono sempre i dati ad un -singolo blocco alla volta, o come le linee seriali, che restituiscono solo i -dati ricevuti fino al momento della lettura. - -Infine anche le due condizioni segnalate dagli errori \errcode{EINTR} ed -\errcode{EAGAIN} non sono propriamente degli 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 intraprendere è quella di -rieseguire la funzione. Torneremo in dettaglio sull'argomento in -sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}. La seconda si verifica quando il file è aperto -in modalità non bloccante (vedi sez.~\ref{sec:file_noblocking}) e non ci sono -dati in ingresso: la funzione allora ritorna immediatamente con un errore -\errcode{EAGAIN}\footnote{in BSD si usa per questo errore la costante - \errcode{EWOULDBLOCK}, in Linux, con le \acr{glibc}, questa è sinonima di - \errcode{EAGAIN}.} che indica soltanto che non essendoci al momento dati -disponibili occorre provare a ripetere la lettura in un secondo tempo. - -La funzione \func{read} è una delle system call fondamentali, esistenti fin -dagli albori di Unix, ma nella seconda versione delle \textit{Single Unix - Specification}\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, in versioni precedenti sia del kernel che - delle librerie la funzione non è disponibile.} (quello che viene chiamato -normalmente Unix98, vedi sez.~\ref{sec:intro_xopen}) è stata introdotta la -definizione di un'altra funzione di lettura, \funcd{pread}, il cui prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h} -{ssize\_t pread(int fd, void * buf, size\_t count, off\_t offset)} - -Cerca di leggere \param{count} byte dal file \param{fd}, a partire dalla -posizione \param{offset}, nel buffer \param{buf}. - -\bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e - $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già - visti per \func{read} e \func{lseek}.} -\end{prototype} - -La funzione prende esattamente gli stessi argomenti di \func{read} con lo -stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{offset} che indica -una posizione sul file. Identico è il comportamento ed il valore di -ritorno. La funzione serve quando si vogliono leggere dati dal file senza -modificare la posizione corrente. - -L'uso di \func{pread} è equivalente all'esecuzione di una \func{read} seguita -da una \func{lseek} che riporti al valore precedente la posizione corrente sul -file, ma permette di eseguire l'operazione atomicamente. Questo può essere -importante quando la posizione sul file viene condivisa da processi diversi -(vedi sez.~\ref{sec:file_sharing}). Il valore di -\param{offset} fa sempre riferimento all'inizio del file. - -La funzione \func{pread} è disponibile anche in Linux, però diventa -accessibile solo attivando il supporto delle estensioni previste dalle -\textit{Single Unix Specification} con la definizione della macro: -\begin{verbatim} -#define _XOPEN_SOURCE 500 -\end{verbatim} -e si ricordi di definire questa macro prima dell'inclusione del file di -dichiarazioni \headfile{unistd.h}. - - - -\subsection{Le funzioni \func{write} e \func{pwrite}} -\label{sec:file_write} - -Una volta che un file è stato aperto (con il permesso in scrittura) si può -scrivere su di esso utilizzando la funzione \funcd{write}, il cui prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h}{ssize\_t write(int fd, void * buf, size\_t count)} - - Scrive \param{count} byte dal buffer \param{buf} sul file \param{fd}. - - \bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte scritti in caso di successo - e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei - valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è connesso ad un oggetto che non consente - la scrittura. - \item[\errcode{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[\errcode{EPIPE}] \param{fd} è connesso ad una pipe il cui altro capo è - chiuso in lettura; in questo caso viene anche generato il segnale - \signal{SIGPIPE}, se questo viene gestito (o bloccato o ignorato) la - funzione ritorna questo errore. - \item[\errcode{EINTR}] si è stati interrotti da un segnale prima di aver - potuto scrivere qualsiasi dato. - \item[\errcode{EAGAIN}] ci si sarebbe bloccati, ma il file era aperto in - modalità \const{O\_NONBLOCK}. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EIO}, \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, - \errval{ENOSPC}, \errval{EINVAL} e \errval{EFAULT} ed eventuali altri errori - dipendenti dalla natura dell'oggetto connesso a \param{fd}.} -\end{prototype} - -Come nel caso di \func{read} la funzione tenta di scrivere \param{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 \itindex{append~mode} \const{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 \param{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 \param{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 un'analoga \funcd{pwrite} -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)} - -Cerca di scrivere sul file \param{fd}, a partire dalla posizione -\param{offset}, \param{count} byte dal buffer \param{buf}. - -\bodydesc{La funzione ritorna il numero di byte letti in caso di successo e - $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori già - visti per \func{write} e \func{lseek}.} -\end{prototype} -\noindent e per essa valgono le stesse considerazioni fatte per \func{pread}. - - -\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 le funzioni che -permettono di eseguire alcune operazioni avanzate con i file (il grosso -dell'argomento sarà comunque affrontato in cap.~\ref{cha:file_advanced}). - - -\subsection{La condivisione dei files} -\label{sec:file_sharing} - -In sez.~\ref{sec:file_fd} abbiamo descritto brevemente l'architettura -dell'interfaccia con i file da parte di un processo, mostrando in -fig.~\ref{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=15cm]{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 aprono lo stesso file su -disco; sulla base di quanto visto in sez.~\ref{sec:file_fd} avremo una -situazione come quella illustrata in fig.~\ref{fig:file_mult_acc}: ciascun -processo avrà una sua voce nella \textit{file table} referenziata da un -diverso file descriptor nella sua \kstruct{file\_struct}. Entrambe le voci -nella \itindex{file~table} \textit{file table} faranno però riferimento allo -stesso \itindex{inode} 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 \itindex{file~table} \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} \itindex{inode} - nell'inode. -\item se un file è in modalità \itindex{append~mode} \const{O\_APPEND} tutte - le volte che viene effettuata una scrittura la posizione corrente viene - prima impostata alla dimensione corrente del file letta \itindex{inode} - 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 \kstruct{file} della \itindex{file~table} - \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 impostata leggendo la - dimensione corrente \itindex{inode} dall'inode. -\end{itemize} - -\begin{figure}[!htb] - \centering - \includegraphics[width=15cm]{img/fileshar} - \caption{Schema dell'accesso ai file da parte di un processo figlio} - \label{fig:file_acc_child} -\end{figure} - -Il secondo caso è quello in cui due file descriptor di due processi diversi -puntino alla stessa voce nella \itindex{file~table} \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 -sez.~\ref{sec:proc_fork}). La situazione è illustrata in -fig.~\ref{fig:file_acc_child}; dato che il processo figlio riceve una copia -dello spazio di indirizzi del padre, riceverà anche una copia di -\kstruct{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 -sez.~\ref{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 lo stesso per entrambi). - -Si noti inoltre che anche i flag di stato del file (quelli impostati -dall'argomento \param{flag} di \func{open}) essendo tenuti nella voce della -\textit{file table}\footnote{per la precisione nel campo \var{f\_flags} di - \kstruct{file}.}, vengono in questo caso condivisi. Ai file però sono -associati anche altri flag, dei quali l'unico usato al momento è -\const{FD\_CLOEXEC}, detti \textit{file descriptor flags}. Questi ultimi sono -tenuti invece in \kstruct{file\_struct}, e perciò sono specifici di ciascun -processo e non vengono modificati dalle azioni degli altri anche in caso di -condivisione della stessa voce della \textit{file table}. - - - -\subsection{Operazioni atomiche con i file} -\label{sec:file_atomic} - -Come si è visto in un sistema unix-like 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 -\itindex{file~locking} \textit{file locking}, che esamineremo in -sez.~\ref{sec:file_locking}). - -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 sez.~\ref{sec:file_lseek} impostare la posizione alla -fine del file e poi scrivere può condurre ad una \itindex{race~condition} -\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 impostata 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 un'operazione -atomica; il problema è stato risolto introducendo la modalità -\itindex{append~mode} \const{O\_APPEND}. In questo caso infatti, come abbiamo -descritto in precedenza, 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 un'operazione -atomica. - -Un altro caso tipico in cui è necessaria l'atomicità è quello in cui si vuole -creare un \textsl{file di lock} \index{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 \itindex{race~condition} \textit{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 per \func{open} i due flag -\const{O\_CREAT} e \const{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 system call (per i dettagli sull'uso di questa caratteristica -si veda sez.~\ref{sec:ipc_file_lock}). - - -\subsection{Le funzioni \func{sync} e \func{fsync}} -\label{sec:file_sync} - -% TODO, aggiungere syncfs, introdotta con il 2.6.39 - -Come accennato in sez.~\ref{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 dà la garanzia assoluta che i dati siano integri dopo la chiamata, - l'hardware dei dischi è in genere dotato di un suo meccanismo interno di - ottimizzazione per l'accesso al disco che può ritardare ulteriormente la - scrittura effettiva.} La prima di queste funzioni è \funcd{sync} il cui -prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h}{int sync(void)} - - Sincronizza il buffer della cache dei file col disco. - - \bodydesc{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, usato da BSD, per l'update dei dati è ogni 30 secondi, ma -in Linux il valore utilizzato è di 5 secondi; con le nuove versioni\footnote{a - partire dal kernel 2.2.8} poi, è il kernel che si occupa direttamente di -tutto quanto attraverso il demone interno \cmd{bdflush}, il cui comportamento -può essere controllato attraverso il file \sysctlfile{vm/bdflush} (per -il significato dei valori si può leggere la documentazione allegata al kernel -in \file{Documentation/sysctl/vm.txt}). - -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 \funcd{fsync} e \funcd{fdatasync}, i cui prototipi sono: -\begin{functions} - \headdecl{unistd.h} - \funcdecl{int fsync(int fd)} - Sincronizza dati e meta-dati del file \param{fd} - \funcdecl{int fdatasync(int fd)} - Sincronizza i dati del file \param{fd}. - - \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di - errore, nel qual caso \var{errno} assume i valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EINVAL}] \param{fd} è un \index{file!speciali} file speciale - che non supporta la sincronizzazione. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EROFS} e \errval{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 meta-dati del file (che -riguardano sia le modifiche alle tabelle di allocazione dei settori, che gli -altri dati contenuti \itindex{inode} nell'inode che si leggono con \func{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{Le funzioni \func{dup} e \func{dup2}} -\label{sec:file_dup} - -Abbiamo già visto in sez.~\ref{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 \funcd{dup} il cui -prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h}{int dup(int oldfd)} - Crea una copia del file descriptor \param{oldfd}. - - \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e - $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei - valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto. - \item[\errcode{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 fig.~\ref{fig:file_dup}: l'effetto della funzione è -semplicemente quello di copiare il valore nella struttura -\kstruct{file\_struct}, cosicché anche il nuovo file descriptor fa riferimento -alla stessa voce nella \textit{file table}; per questo si dice che il nuovo -file descriptor è \textsl{duplicato}, da cui il nome della funzione. - -\begin{figure}[!htb] - \centering \includegraphics[width=14cm]{img/filedup} - \caption{Schema dell'accesso ai file duplicati} - \label{fig:file_dup} -\end{figure} - -Si noti che per quanto illustrato in fig.~\ref{fig:file_dup} i file descriptor -duplicati condivideranno eventuali lock, \textit{file status flag}, e -posizione corrente. Se ad esempio si esegue una \func{lseek} per modificare la -posizione su uno dei due file descriptor, essa risulterà modificata anche -sull'altro (dato che quello che viene modificato è lo stesso campo nella voce -della \textit{file table} a cui entrambi fanno riferimento). L'unica -differenza fra due file descriptor duplicati è che ciascuno avrà il suo -\textit{file descriptor flag}; a questo proposito va specificato che nel caso -di \func{dup} il flag di \textit{close-on-exec} \itindex{close-on-exec} (vedi -sez.~\ref{sec:proc_exec} e sez.~\ref{sec:file_fcntl}) viene sempre cancellato -nella copia. - -L'uso principale di questa funzione 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 sull'argomento in sez.~\ref{sec:ipc_pipe_use}, -quando tratteremo le pipe). Per fare questo in genere occorre prima chiudere -il file che si vuole sostituire, cosicché il suo file descriptor possa esser -restituito alla chiamata di \func{dup}, come primo file descriptor -disponibile. - -Dato che questa è l'operazione più comune, è prevista una diversa versione -della funzione, \funcd{dup2}, che permette di specificare esplicitamente -qual è il valore di file descriptor che si vuole avere come duplicato; il suo -prototipo è: -\begin{prototype}{unistd.h}{int dup2(int oldfd, int newfd)} - - Rende \param{newfd} una copia del file descriptor \param{oldfd}. - - \bodydesc{La funzione ritorna il nuovo file descriptor in caso di successo e - $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{oldfd} non è un file aperto o \param{newfd} ha - un valore fuori dall'intervallo consentito per i file descriptor. - \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo consentito di file - descriptor aperti. - \end{errlist}} -\end{prototype} -\noindent e qualora il file descriptor \param{newfd} sia già aperto (come -avviene ad esempio nel caso della duplicazione di uno dei file standard) esso -sarà prima chiuso e poi duplicato (così che il file duplicato sarà connesso -allo stesso valore per il file descriptor). - -La duplicazione dei file descriptor può essere effettuata anche usando la -funzione di controllo dei file \func{fcntl} (che esamineremo in -sez.~\ref{sec:file_fcntl}) con il parametro \const{F\_DUPFD}. L'operazione ha -la sintassi \code{fcntl(oldfd, F\_DUPFD, newfd)} e se si usa 0 come valore per -\param{newfd} diventa equivalente a \func{dup}. - -La sola differenza fra le due funzioni\footnote{a parte la sintassi ed i - diversi codici di errore.} è che \func{dup2} chiude il file descriptor -\param{newfd} se questo è già aperto, garantendo che la duplicazione sia -effettuata esattamente su di esso, invece \func{fcntl} restituisce il primo -file descriptor libero di valore uguale o maggiore di \param{newfd} (e se -\param{newfd} è aperto la duplicazione avverrà su un altro file descriptor). - - - -\subsection{Le funzioni \func{openat}, \func{mkdirat} e affini} -\label{sec:file_openat} - -\itindbeg{at-functions} - -Un problema che si pone con l'uso della funzione \func{open}, così come per -molte altre funzioni che accettano come argomenti dei -\itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativi, è che, quando un -\textit{pathname} relativo non fa riferimento alla \index{directory~di~lavoro} -directory di lavoro corrente, è possibile che alcuni dei suoi componenti -vengano modificati in parallelo alla chiamata a \func{open}, e questo lascia -aperta la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race condition}. - -Inoltre come già accennato, la \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro -corrente è una proprietà del singolo processo; questo significa che quando si -lavora con i \itindex{thread} \textit{thread} essa sarà la stessa per tutti, -ma esistono molti casi in cui sarebbe invece utile che ogni singolo -\itindex{thread} \textit{thread} avesse la sua \index{directory~di~lavoro} -directory di lavoro. - -Per risolvere questi problemi, riprendendo una interfaccia già presente in -Solaris, a fianco delle normali funzioni che operano sui file (come -\func{open}, \func{mkdir}, ecc.) sono state introdotte delle ulteriori -funzioni, dette anche funzioni ``\textit{at}'' in quanto contraddistinte dal -suffisso \texttt{at}, che permettono l'apertura di un file (o le rispettive -altre operazioni) usando un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} -relativo ad una directory specificata.\footnote{l'introduzione è avvenuta su - proposta dello sviluppatore principale delle \acr{glibc} Urlich Drepper; le - corrispondenti system call sono state inserite nel kernel ufficiale a - partire dalla versione 2.6.16, in precedenza era disponibile una emulazione - che, sia pure con prestazioni inferiori, funzionava facendo ricorso all'uso - del filesystem \textit{proc} con l'apertura del file attraverso il - riferimento a \textit{pathname} del tipo di - \texttt{/proc/self/fd/dirfd/relative\_path}.} Benché queste funzioni non -siano presenti negli standard tradizionali esse sono state adottate da vari -Unix\footnote{oltre a Linux e Solaris sono presenti in vari BSD.} fino ad -essere incluse nella recente revisione (la POSIX.1-2008) dello standard -POSIX.1; con le \acr{glibc} per l'accesso a queste funzioni è necessario -definire la macro \macro{\_ATFILE\_SOURCE}. - -L'uso di queste funzioni prevede una apertura iniziale della directory che -sarà la base della risoluzione dei \itindsub{pathname}{relativo} -\textit{pathname} relativi che verranno usati in seguito, dopo di che si dovrà -passare il relativo file descriptor alle varie funzioni che useranno quella -directory come punto di partenza per la risoluzione.\footnote{in questo modo, - anche quando si lavora con i \itindex{thread} \textit{thread}, si può - mantenere una \index{directory~di~lavoro} directory di lavoro diversa per - ciascuno di essi.} - -Questo metodo, oltre a risolvere i problemi di \itindex{race~condition} -\textit{race condition}, consente anche di ottenere aumenti di prestazioni -significativi quando si devono eseguire molte operazioni su sezioni -dell'albero dei file che prevedono delle gerarchie di sottodirectory molto -profonde; infatti in questo caso basta eseguire la risoluzione del -\textit{pathname} della directory di partenza una sola volta (nell'apertura -iniziale) e non tutte le volte che si deve accedere a ciascun file che essa -contiene. - -La sintassi generale di queste nuove funzioni è che esse prevedono come primo -argomento il file descriptor della directory da usare come base, mentre gli -argomenti successivi restano identici a quelli della corrispondente funzione -ordinaria; ad esempio nel caso di \funcd{openat} avremo che essa è definita -come: -\begin{functions} - \headdecl{fcntl.h} - \funcdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags)} - \funcdecl{int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode\_t - mode))} - - Apre un file usando come directory di \index{directory~di~lavoro} lavoro - corrente \param{dirfd}. - - \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di - errore di \func{open}, ed in più: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido. - \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo} - \textit{pathname} relativo, ma - \param{dirfd} fa riferimento ad un file. - \end{errlist}} -\end{functions} - -Il comportamento delle nuove funzioni è del tutto analogo a quello delle -corrispettive classiche, con la sola eccezione del fatto che se fra i loro -argomenti si utilizza un \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} -relativo questo sarà risolto rispetto alla directory indicata -da \param{dirfd}; qualora invece si usi un \itindsub{pathname}{assoluto} -\textit{pathname} assoluto \param{dirfd} verrà semplicemente ignorato. Infine -se per -\param{dirfd} si usa il valore speciale \const{AT\_FDCWD},\footnote{questa, - come le altre costanti \texttt{AT\_*}, è definita in \headfile{fcntl.h}, - pertanto se la si vuole usare occorrerà includere comunque questo file, - anche per le funzioni che non sono definite in esso.} la risoluzione sarà -effettuata rispetto alla directory di \index{directory~di~lavoro} lavoro -corrente del processo. - -Così come il comportamento, anche i valori di ritorno e le condizioni di -errore delle nuove funzioni sono gli stessi delle funzioni classiche, agli -errori si aggiungono però quelli dovuti a valori errati per \param{dirfd}; in -particolare si avrà un errore di \errcode{EBADF} se esso non è un file -descriptor valido, ed un errore di \errcode{ENOTDIR} se esso non fa -riferimento ad una directory.\footnote{tranne il caso in cui si sia - specificato un \itindsub{pathname}{assoluto} \textit{pathname} assoluto, nel - qual caso, come detto, il valore di \param{dirfd} sarà completamente - ignorato.} - -In tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} si sono riportate le funzioni introdotte -con questa nuova interfaccia, con a fianco la corrispondente funzione -classica.\footnote{in realtà, come visto in sez.~\ref{sec:file_temp_file}, le - funzioni \func{utimes} e \func{lutimes} non sono propriamente le - corrispondenti di \func{utimensat}, dato che questa ha una maggiore - precisione nella indicazione dei tempi dei file.} La gran parte di queste -seguono la convenzione appena vista per \func{openat}, in cui agli argomenti -della corrispondente funzione classica viene anteposto -l'argomento \param{dirfd}.\footnote{non staremo pertanto a riportarle una per - una.} Per una parte di queste, indicate dal contenuto della omonima colonna -di tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr}, oltre al nuovo argomento iniziale, è -prevista anche l'aggiunta di un ulteriore argomento finale, \param{flags}. - -\begin{table}[htb] - \centering - \footnotesize - \begin{tabular}[c]{|l|c|l|} - \hline - \textbf{Funzione} &\textbf{Flags} &\textbf{Corrispondente} \\ - \hline - \hline - \func{faccessat} &$\bullet$&\func{access} \\ - \func{fchmodat} &$\bullet$&\func{chmod} \\ - \func{fchownat} &$\bullet$&\func{chown},\func{lchown}\\ - \func{fstatat} &$\bullet$&\func{stat},\func{lstat} \\ - \func{utimensat} &$\bullet$&\func{utimes},\func{lutimes}\\ - \func{linkat} &$\bullet$\footnotemark&\func{link} \\ - \funcm{mkdirat} & -- &\func{mkdir} \\ - \funcm{mknodat} & -- &\func{mknod} \\ - \func{openat} & -- &\func{open} \\ - \funcm{readlinkat}& -- &\func{readlink}\\ - \funcm{renameat} & -- &\func{rename} \\ - \funcm{symlinkat}& -- &\func{symlink} \\ - \func{unlinkat} &$\bullet$&\func{unlink},\func{rmdir} \\ - \funcm{mkfifoat} & -- &\func{mkfifo} \\ - \hline - \end{tabular} - \caption{Corrispondenze fra le nuove funzioni ``\textit{at}'' e le - corrispettive funzioni classiche.} - \label{tab:file_atfunc_corr} -\end{table} - -\footnotetext{in questo caso l'argomento \param{flags} è disponibile ed - utilizzabile solo a partire dal kernel 2.6.18.} - -% TODO manca prototipo di fchmodat, verificare se metterlo o metter menzione -% TODO manca prototipo di fstatat, verificare se metterlo o metter menzione -% TODO manca prototipo di linkat, verificare se metterlo o metter menzione -% TODO manca prototipo di utimensat, verificare se metterlo o metter menzione - -Per tutte le funzioni che lo prevedono, a parte \func{unlinkat} e -\funcd{faccessat}, l'ulteriore argomento è stato introdotto solo per fornire -un meccanismo con cui modificarne il comportamento nel caso si stia operando -su un link simbolico, così da poter scegliere se far agire la funzione -direttamente sullo stesso o sul file da esso referenziato. Dato che in certi -casi esso può fornire ulteriori indicazioni per modificare il comportamento -delle funzioni, \param{flags} deve comunque essere passato come maschera -binaria, ed impostato usando i valori delle appropriate costanti -\texttt{AT\_*}, definite in \headfile{fcntl.h}. - -Come esempio di questo secondo tipo di funzioni possiamo considerare -\funcd{fchownat}, che può essere usata per sostituire sia \func{chown} -che \func{lchown}; il suo prototipo è: -\begin{functions} - \headdecl{unistd.h} \headdecl{fcntl.h} - - \funcdecl{int fchownat(int dirfd, const char *pathname, uid\_t owner, gid\_t - group, int flags)} - - Modifica la proprietà di un file. - - \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di - errore di \func{chown}, ed in più: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido. - \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido. - \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo} - \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. - \end{errlist}} -\end{functions} - -In questo caso il valore di \param{flags} stabilisce il comportamento della -funzione quando la si applica ad un link simbolico, e l'unico valore -utilizzabile è \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}\footnote{in \headfile{fcntl.h} è - definito anche \const{AT\_SYMLINK\_FOLLOW}, che richiede di dereferenziare i - link simbolici, essendo questo però il comportamento adottato per un valore - nullo di \param{flags} questo valore non viene mai usato.} che se impostato -indica alla funzione di non eseguire la dereferenziazione di un eventuale link -simbolico, facendo comportare \func{fchownat} come \func{lchown} invece che -come \func{chown}. - -Come accennato fra tutte quelle marcate in tab.~\ref{tab:file_atfunc_corr} -solo due funzioni possono usare l'argomento \param{flags} con valori diversi -da \const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}, la prima di queste è \funcd{faccessat}, ed -il suo prototipo è: -\begin{functions} - \headdecl{unistd.h} - \funcdecl{int faccessat(int dirfd, const char *path, int mode, int flags)} - - Controlla i permessi di accesso. - - \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di - errore di \func{access}, ed in più: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido. - \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido. - \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo} - \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. - \end{errlist}} -\end{functions} - -La funzione esegue lo stesso controllo di accesso effettuabile con -\func{access}, ma si può utilizzare l'argomento \param{flags} per modificarne -il comportamento rispetto a quello ordinario di \func{access}. In questo caso -esso può essere specificato come maschera binaria di due valori: -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}} -\item[\const{AT\_EACCES}] se impostato \funcd{faccessat} esegue il controllo - dei permessi usando l'\ids{UID} effettivo invece di quello reale (il - comportamento di default, che riprende quello di \func{access}). -\item[\const{AT\_SYMLINK\_NOFOLLOW}] se impostato \funcd{faccessat} non esegue - la dereferenziazione dei link simbolici, effettuando il controllo dei - permessi direttamente sugli stessi. -\end{basedescript} - -La seconda eccezione è \func{unlinkat}, in questo caso l'ulteriore -argomento \param{flags} viene utilizzato perché tramite esso la funzione possa -comportarsi sia come analogo di \func{unlink} che di \func{rmdir}; il suo -prototipo è: -\begin{functions} - \headdecl{fcntl.h} - \funcdecl{int unlinkat(int dirfd, const char *pathname, int flags)} - - Rimuove una voce da una directory. - - \bodydesc{la funzione restituisce gli stessi valori e gli stessi codici di - errore di \func{unlink} o di \func{rmdir} a seconda del valore di - \param{flags}, ed in più: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{dirfd} non è un file descriptor valido. - \item[\errcode{EINVAL}] \param{flags} non ha un valore valido. - \item[\errcode{ENOTDIR}] \param{pathname} è un \itindsub{pathname}{relativo} - \textit{pathname} relativo, ma \param{dirfd} fa riferimento ad un file. - \end{errlist}} -\end{functions} - -Di default il comportamento di \func{unlinkat} è equivalente a quello che -avrebbe \func{unlink} applicata a \param{pathname}, fallendo in tutti i casi -in cui questo è una directory, se però si imposta \param{flags} al valore di -\const{AT\_REMOVEDIR},\footnote{anche se \param{flags} è una maschera binaria, - essendo questo l'unico flag disponibile per questa funzione, lo si può - assegnare direttamente.} essa si comporterà come \func{rmdir}, in tal -caso \param{pathname} deve essere una directory, che sarà rimossa qualora -risulti vuota. - -\itindend{at-functions} - - -% TODO manca prototipo e motivazione di fexecve, da trattare qui in quanto -% inserita nello stesso standard e da usare con openat, vedi -% http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699939699/toc.pdf - - - - -\subsection{La funzione \func{fcntl}} -\label{sec:file_fcntl} - -Oltre alle operazioni base esaminate in sez.~\ref{sec:file_base_func} esistono -tutta una serie di operazioni ausiliarie che è possibile eseguire su un file -descriptor, che non riguardano la normale lettura e scrittura di dati, ma la -gestione sia delle loro proprietà, che di tutta una serie di ulteriori -funzionalità che il kernel può mettere a disposizione.\footnote{ad esempio si - gestiscono con questa funzione varie modalità di I/O asincrono (vedi - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}) e il \itindex{file~locking} - \textit{file locking} (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}).} - -Per queste operazioni di manipolazione e di controllo delle varie proprietà e -caratteristiche di un file descriptor, viene usata la funzione \funcd{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)} - Esegue una delle possibili operazioni specificate da \param{cmd} - sul file \param{fd}. - - \bodydesc{La funzione ha valori di ritorno diversi a seconda - dell'operazione. In caso di errore il valore di ritorno è sempre $-1$ ed - il codice dell'errore è restituito nella variabile \var{errno}; i codici - possibili dipendono dal tipo di operazione, l'unico valido in generale è: - \begin{errlist} - \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file aperto. - \end{errlist}} -\end{functions} - - -Il primo argomento della funzione è sempre il numero di file descriptor -\var{fd} su cui si vuole operare. Il comportamento di questa funzione, il -numero e il tipo degli argomenti, il valore di ritorno e gli eventuali errori -sono determinati dal valore dell'argomento \param{cmd} che in sostanza -corrisponde all'esecuzione di un determinato \textsl{comando}; in -sez.~\ref{sec:file_dup} abbiamo incontrato un esempio dell'uso di \func{fcntl} -per la duplicazione dei file descriptor, una lista di tutti i possibili valori -per \var{cmd} è riportata di seguito: -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}} -\item[\const{F\_DUPFD}] trova il primo file descriptor disponibile di valore - maggiore o uguale ad \param{arg} e ne fa una copia di \param{fd}. Ritorna il - nuovo file descriptor in caso di successo e $-1$ in caso di errore. Gli - errori possibili sono \errcode{EINVAL} se \param{arg} è negativo o maggiore - del massimo consentito o \errcode{EMFILE} se il processo ha già raggiunto il - massimo numero di descrittori consentito. -\item[\const{F\_SETFD}] imposta il valore del \textit{file descriptor flag} al - valore specificato con \param{arg}. Al momento l'unico bit usato è quello di - \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec}, identificato dalla costante - \const{FD\_CLOEXEC}, che serve a richiedere che il file venga chiuso nella - esecuzione di una \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}). Ritorna un - valore nullo in caso di successo e $-1$ in caso di errore. -\item[\const{F\_GETFD}] ritorna il valore del \textit{file descriptor flag} di - \param{fd} o $-1$ in caso di errore; se \const{FD\_CLOEXEC} è impostato i - file descriptor aperti vengono chiusi attraverso una \func{exec} altrimenti - (il comportamento predefinito) restano aperti. -\item[\const{F\_GETFL}] ritorna il valore del \textit{file status flag} in - caso di successo o $-1$ in caso di errore; permette cioè di rileggere quei - bit impostati da \func{open} all'apertura del file che vengono memorizzati - (quelli riportati nella prima e terza sezione di - tab.~\ref{tab:file_open_flags}). -\item[\const{F\_SETFL}] imposta il \textit{file status flag} al valore - specificato da \param{arg}, ritorna un valore nullo in caso di successo o - $-1$ in caso di errore. Possono essere impostati solo i bit riportati nella - terza sezione di tab.~\ref{tab:file_open_flags}.\footnote{la pagina di - manuale riporta come impostabili solo \const{O\_APPEND}, - \const{O\_NONBLOCK} e \const{O\_ASYNC}.} -\item[\const{F\_GETLK}] richiede un controllo sul file lock specificato da - \param{lock}, sovrascrivendo la struttura da esso puntata con il risultato; - ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa - funzionalità è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_posix_lock}. -\item[\const{F\_SETLK}] richiede o rilascia un file lock a seconda di quanto - specificato nella struttura puntata da \param{lock}. Se il lock è tenuto da - qualcun altro ritorna immediatamente restituendo $-1$ e imposta \var{errno} a - \errcode{EACCES} o \errcode{EAGAIN}, in caso di successo ritorna un valore - nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in - sez.~\ref{sec:file_posix_lock}. -\item[\const{F\_SETLKW}] identica a \const{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 - imposta \var{errno} a \errcode{EINTR}, in caso di successo ritorna un valore - nullo. Questa funzionalità è trattata in dettaglio in - sez.~\ref{sec:file_posix_lock}. -\item[\const{F\_GETOWN}] restituisce il \ids{PID} del processo o - l'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process - group}\footnote{i \itindex{process~group} \textit{process group} sono - (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}) raggruppamenti di processi usati nel - controllo di sessione; a ciascuno di essi è associato un identificatore - (un numero positivo analogo al \ids{PID}).} che è preposto alla ricezione - dei segnali \signal{SIGIO}\footnote{o qualunque altro segnale alternativo - impostato con \const{F\_FSETSIG}.} per gli eventi associati al file - descriptor \param{fd}\footnote{il segnale viene usato sia per il - \textit{Signal Drive I/O}, che tratteremo in - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}, e dai vari meccanismi di - notifica asincrona, che tratteremo in - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}.} e \signal{SIGURG} per la notifica - dei dati urgenti di un socket.\footnote{vedi - sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}.} Nel caso di un \textit{process group} - viene restituito un valore negativo il cui valore assoluto corrisponde - all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}. In - caso di errore viene restituito $-1$. -\item[\const{F\_SETOWN}] imposta, con il valore dell'argomento \param{arg}, - l'identificatore del processo o del \itindex{process~group} \textit{process - group} che riceverà i segnali \signal{SIGIO} e \signal{SIGURG} per gli - eventi associati al file descriptor \param{fd}, ritorna un valore nullo in - caso di successo o $-1$ in caso di errore. Come per \const{F\_GETOWN}, per - impostare un \itindex{process~group} \textit{process group} si deve usare - per \param{arg} un valore negativo, il cui valore assoluto corrisponde - all'identificatore del \itindex{process~group} \textit{process group}. -\item[\const{F\_GETSIG}] restituisce il valore del segnale inviato quando ci - sono dati disponibili in ingresso su un file descriptor aperto ed impostato - per l'I/O asincrono (si veda sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}). Il valore 0 - indica il valore predefinito (che è \signal{SIGIO}), un valore diverso da - zero indica il segnale richiesto, (che può essere anche lo stesso - \signal{SIGIO}). In caso di errore ritorna $-1$. -\item[\const{F\_SETSIG}] imposta il segnale da inviare quando diventa - possibile effettuare I/O sul file descriptor in caso di I/O asincrono, - ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Il - valore zero indica di usare il segnale predefinito, \signal{SIGIO}. Un altro - valore diverso da zero (compreso lo stesso \signal{SIGIO}) specifica il - segnale voluto; l'uso di un valore diverso da zero permette inoltre, se si è - installato il gestore del segnale come \var{sa\_sigaction} usando - \const{SA\_SIGINFO}, (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}), di rendere - disponibili al gestore informazioni ulteriori riguardo il file che ha - generato il segnale attraverso i valori restituiti in \struct{siginfo\_t} - (come vedremo in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}).\footnote{i due comandi - \const{F\_SETSIG} e \const{F\_GETSIG} sono una estensione specifica di - Linux.} -\item[\const{F\_SETLEASE}] imposta o rimuove un \itindex{file~lease} - \textit{file lease}\footnote{questa è una nuova funzionalità, specifica di - Linux, e presente solo a partire dai kernel della serie 2.4.x, in cui il - processo che detiene un \textit{lease} su un file riceve una notifica - qualora un altro processo cerca di eseguire una \func{open} o una - \func{truncate} su di esso.} sul file descriptor \var{fd} a seconda del - valore del terzo argomento, che in questo caso è un \ctyp{int}, ritorna un - valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso di errore. Questa - funzionalità avanzata è trattata in dettaglio in - sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}. -\item[\const{F\_GETLEASE}] restituisce il tipo di \itindex{file~lease} - \textit{file lease} che il processo detiene nei confronti del file - descriptor \var{fd} o $-1$ in caso di errore. Con questo comando il terzo - argomento può essere omesso. Questa funzionalità avanzata è trattata in - dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}. -\item[\const{F\_NOTIFY}] attiva un meccanismo di notifica per cui viene - riportata al processo chiamante, tramite il segnale \signal{SIGIO} (o altro - segnale specificato con \const{F\_SETSIG}) ogni modifica eseguita o - direttamente sulla directory cui \var{fd} fa riferimento, o su uno dei file - in essa contenuti; ritorna un valore nullo in caso di successo o $-1$ in caso - di errore. Questa funzionalità avanzata, disponibile dai kernel della serie - 2.4.x, è trattata in dettaglio in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}. -\end{basedescript} - -La maggior parte delle funzionalità di \func{fcntl} sono troppo avanzate per -poter essere affrontate in tutti i loro aspetti a questo punto; saranno -pertanto riprese più avanti quando affronteremo le problematiche ad esse -relative. In particolare le tematiche relative all'I/O asincrono e ai vari -meccanismi di notifica saranno trattate in maniera esaustiva in -sez.~\ref{sec:file_asyncronous_access} mentre quelle relative al -\itindex{file~locking} \textit{file locking} saranno esaminate in -sez.~\ref{sec:file_locking}). L'uso di questa funzione con i socket verrà -trattato in sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}. - -Si tenga presente infine che quando si usa la funzione per determinare le -modalità di accesso con cui è stato aperto il file (attraverso l'uso del -comando \const{F\_GETFL}) è necessario estrarre i bit corrispondenti nel -\textit{file status flag} che si è ottenuto. Infatti la definizione corrente -di quest'ultimo non assegna bit separati alle tre diverse modalità -\const{O\_RDONLY}, \const{O\_WRONLY} e \const{O\_RDWR}.\footnote{in Linux - queste costanti sono poste rispettivamente ai valori 0, 1 e 2.} Per questo -motivo il valore della modalità di accesso corrente si ottiene eseguendo un -AND binario del valore di ritorno di \func{fcntl} con la maschera -\const{O\_ACCMODE} (anch'essa definita in \headfile{fcntl.h}), che estrae i -bit di accesso dal \textit{file status flag}. - - - -\subsection{La funzione \func{ioctl}} -\label{sec:file_ioctl} - -Benché il concetto di \textit{everything is a file} si sia dimostrato molto -valido anche per l'interazione con i dispositivi più vari, fornendo una -interfaccia che permette di interagire con essi tramite le stesse funzioni -usate per i normali file di dati, esisteranno sempre caratteristiche -peculiari, specifiche dell'hardware e della funzionalità che ciascun -dispositivo può provvedere, che non possono venire comprese in questa -interfaccia astratta (un caso tipico è l'impostazione della velocità di una -porta seriale, o le dimensioni di un framebuffer). - -Per questo motivo nell'architettura del sistema è stata prevista l'esistenza -di una funzione apposita, \funcd{ioctl}, con cui poter compiere le operazioni -specifiche di ogni dispositivo particolare, usando come riferimento il solito -file descriptor. Il prototipo di questa funzione è: -\begin{prototype}{sys/ioctl.h}{int ioctl(int fd, int request, ...)} - - Esegue l'operazione di controllo specificata da \param{request} sul file - descriptor \param{fd}. - - \bodydesc{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 $-1$ ed \var{errno} assumerà uno dei - valori: - \begin{errlist} - \item[\errcode{ENOTTY}] il file \param{fd} non è associato con un - dispositivo, o la richiesta non è applicabile all'oggetto a cui fa - riferimento \param{fd}. - \item[\errcode{EINVAL}] gli argomenti \param{request} o \param{argp} non sono - validi. - \end{errlist} - ed inoltre \errval{EBADF} e \errval{EFAULT}.} -\end{prototype} - -La funzione serve in sostanza come meccanismo generico per fare tutte quelle -operazioni che non rientrano nell'interfaccia ordinaria della gestione dei -file e che non è possibile effettuare con le funzioni esaminate finora. La -funzione richiede che si passi come primo argomento un file descriptor -regolarmente aperto, e l'operazione da compiere viene selezionata attraverso -il valore dell'argomento \param{request}. Il terzo argomento dipende -dall'operazione prescelta; tradizionalmente è specificato come \code{char * - argp}, da intendersi come puntatore ad un area di memoria -generica,\footnote{all'epoca della creazione di questa funzione infatti ancora - non era stato introdotto il tipo \ctyp{void}.} ma per certe operazioni può -essere omesso, e per altre è un semplice intero. - -Normalmente la funzione ritorna zero in caso di successo e $-1$ in caso di -errore, ma per alcune operazione il valore di ritorno, che nel caso viene -impostato ad un valore positivo, può essere utilizzato come parametro di -uscita. È più comune comunque restituire i risultati all'indirizzo puntato dal -terzo argomento. - -Data la genericità dell'interfaccia non è possibile classificare in maniera -sistematica le operazioni che si possono gestire con \func{ioctl}, un breve -elenco di alcuni esempi di esse è il seguente: -\begin{itemize*} -\item il cambiamento dei font di un terminale. -\item l'esecuzione di una traccia audio di un CDROM. -\item i comandi di avanti veloce e riavvolgimento di un nastro. -\item il comando di espulsione di un dispositivo rimovibile. -\item l'impostazione della velocità trasmissione di una linea seriale. -\item l'impostazione della frequenza e della durata dei suoni emessi dallo - speaker. -\item l'impostazione degli attributi dei file su un filesystem - ext2.\footnote{i comandi \texttt{lsattr} e \texttt{chattr} fanno questo con - delle \func{ioctl} dedicate, usabili solo su questo filesystem e derivati - successivi (come ext3).} -\end{itemize*} - -In generale ogni dispositivo ha un suo insieme di operazioni specifiche -effettuabili attraverso \func{ioctl}, tutte queste sono definite nell'header -file \headfile{sys/ioctl.h}, e devono essere usate solo sui dispositivi cui -fanno riferimento. Infatti anche se in genere i valori di \param{request} sono -opportunamente differenziati a seconda del dispositivo\footnote{il kernel usa - un apposito \textit{magic number} per distinguere ciascun dispositivo nella - definizione delle macro da usare per \param{request}, in modo da essere - sicuri che essi siano sempre diversi, ed il loro uso per dispositivi diversi - causi al più un errore. Si veda il capitolo quinto di \cite{LinDevDri} per - una trattazione dettagliata dell'argomento.} così che la richiesta di -operazioni relative ad altri dispositivi usualmente provoca il ritorno della -funzione con una condizione di errore, in alcuni casi, relativi a valori -assegnati prima che questa differenziazione diventasse pratica corrente, si -potrebbero usare valori validi anche per il dispositivo corrente, con effetti -imprevedibili o indesiderati. - -Data la assoluta specificità della funzione, il cui comportamento varia da -dispositivo a dispositivo, non è possibile fare altro che dare una descrizione -sommaria delle sue caratteristiche; torneremo ad esaminare in -seguito\footnote{per l'uso di \func{ioctl} con i socket si veda - sez.~\ref{sec:sock_ctrl_func}.} quelle relative ad alcuni casi specifici (ad -esempio la gestione dei terminali è effettuata attraverso \func{ioctl} in -quasi tutte le implementazioni di Unix), qui riportiamo solo l'elenco delle -operazioni che sono predefinite per qualunque file,\footnote{in particolare - queste operazioni sono definite nel kernel a livello generale, e vengono - sempre interpretate per prime, per cui, come illustrato in \cite{LinDevDri}, - eventuali operazioni specifiche che usino lo stesso valore verrebbero - ignorate.} caratterizzate dal prefisso \texttt{FIO}: -\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}} -\item[\const{FIOCLEX}] imposta il flag di \itindex{close-on-exec} - \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come - operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui - eventuale valore viene ignorato. -\item[\const{FIONCLEX}] cancella il flag di \itindex{close-on-exec} - \textit{close-on-exec} sul file, in questo caso, essendo usata come - operazione logica, \func{ioctl} non richiede un terzo argomento, il cui - eventuale valore viene ignorato. -\item[\const{FIOASYNC}] abilita o disabilita la modalità di I/O asincrono sul - file (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}); il terzo argomento - deve essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) - che contiene un valore logico (un valore nullo disabilita, un valore non - nullo abilita). -\item[\const{FIONBIO}] abilita o disabilita sul file l'I/O in modalità non - bloccante; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero (cioè di - tipo \texttt{const int *}) che contiene un valore logico (un valore nullo - disabilita, un valore non nullo abilita). -\item[\const{FIOSETOWN}] imposta il processo che riceverà i segnali - \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve - essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{const int *}) il cui - valore specifica il PID del processo. -\item[\const{FIOGETOWN}] legge il processo che riceverà i segnali - \signal{SIGURG} e \signal{SIGIO} generati sul file; il terzo argomento deve - essere un puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà - scritto il PID del processo. -\item[\const{FIONREAD}] legge il numero di byte disponibili in lettura sul - file descriptor;\footnote{questa operazione è disponibile solo su alcuni - file descriptor, in particolare sui socket (vedi - sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) o sui file descriptor di \textit{epoll} - (vedi sez.~\ref{sec:file_epoll}).} il terzo argomento deve essere un - puntatore ad un intero (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito - il valore. -\item[\const{FIOQSIZE}] restituisce la dimensione corrente di un file o di una - directory, mentre se applicata ad un dispositivo fallisce con un errore di - \errcode{ENOTTY}; il terzo argomento deve essere un puntatore ad un intero - (cioè di tipo \texttt{int *}) su cui sarà restituito il valore. -\end{basedescript} - -% TODO aggiungere FIBMAP e FIEMAP, vedi http://lwn.net/Articles/260832 - -Si noti però come la gran parte di queste operazioni specifiche dei file (per -essere precisi le prime sei dell'elenco) siano effettuabili in maniera -generica anche tramite l'uso di \func{fcntl}. Le due funzioni infatti sono -molto simili e la presenza di questa sovrapposizione è principalmente dovuta -al fatto che alle origini di Unix i progettisti considerarono che era -necessario trattare diversamente rispetto alle operazione di controllo delle -modalità di I/O file e dispositivi usando \func{fcntl} per i primi e -\func{ioctl} per i secondi;\footnote{all'epoca tra l'altro i dispositivi che - usavano \func{ioctl} erano sostanzialmente solo i terminali, il che spiega - l'uso comune di \errcode{ENOTTY} come codice di errore.} oggi non è più così -ma le due funzioni sono rimaste. - -% TODO trovare qualche posto per la eventuale documentazione delle seguenti -% (bassa/bassissima priorità) -% EXT4_IOC_MOVE_EXT (dal 2.6.31) - - - -% LocalWords: descriptor system call cap like kernel sez l'inode inode VFS tab -% LocalWords: process table struct files flags pos all'inode dentry fig shell -% LocalWords: error POSIX STDIN FILENO STDOUT STDERR unistd read write lseek -% LocalWords: close pathname sys fcntl int const char errno EEXIST CREAT EXCL -% LocalWords: EISDIR ENOTDIR ENXIO NOBLOCK WRONLY fifo ENODEV ETXTBSY ELOOP of -% LocalWords: NOFOLLOW EACCES ENAMETOOLONG ENOENT EROFS EFAULT ENOSPC ENOMEM -% LocalWords: EMFILE ENFILE NFS lock race condition Denial Service DoS RDONLY -% LocalWords: glibc RDWR NONBLOCK NOCTTY SHLOCK shared BSD EXLOCK TRUNC device -% LocalWords: opendir LARGEFILE APPEND append NDELAY ASYNC l'I SIGIO SYNC SVr -% LocalWords: DSYNC RSYNC filesystem DIRECT caching SGI IRIX dell'I FreeBSD fd -% LocalWords: fork exec umask SOURCE creat filedes EBADF EINTR EIO locking off -% LocalWords: behind sync flush shutdown whence ESPIPE socket EINVAL INCR XTND -% LocalWords: SEEK CUR EPIPE ssize void buf size count EAGAIN EWOULDBLOCK log -% LocalWords: Specification pwrite pread EFBIG SIGPIPE nell'inode dall'inode -% LocalWords: CLOEXEC stat fsync cache update l'update bdflush Documentation -% LocalWords: fdatasync fstat ext dup oldfd newfd DUPFD cmd long arg flock pid -% LocalWords: SETFD GETFD GETFL SETFL GETLK SETLK SETLKW GETOWN group SIGURG -% LocalWords: SETOWN GETSIG SETSIG sigaction SIGINFO siginfo SETLEASE lease is -% LocalWords: truncate GETLEASE NOTIFY AND ACCMODE ioctl everything argp all'I -% LocalWords: framebuffer request ENOTTY CDROM nell'header magic number openat -% LocalWords: FIOCLEX FIONCLEX FIOASYNC FIONBIO NOATIME redirezione FIOSETOWN -% LocalWords: FIOGETOWN FIONREAD mkdirat thread Solaris mkdir at Urlich proc -% LocalWords: Drepper path dirfd faccessat unlinkat access fchmodat chmod Di -% LocalWords: fchownat chown fstatat futimesat utimes linkat mknodat mknod uid -% LocalWords: readlinkat readlink renameat rename symlinkat symlink unlink gid -% LocalWords: mkfifoat mkfifo FDCWD dereferenziazione rmdir REMOVEDIR -% LocalWords: epoll lsattr chattr FIOQSIZE ATFILE lutimes utimensat lchown -% LocalWords: lstat owner FOLLOW - -%%% Local Variables: -%%% mode: latex -%%% TeX-master: "gapil" -%%% End: