+Come accennato funzioni per l'uscita ``normale'' da un programma sono due, la
+prima è la funzione \texttt{exit} che è definita dallo standard ANSI C, il
+prototipo della funzione è il seguente:
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void exit(int status)}
+ Causa la conclusione ordinaria del programma restituendo il valore
+ \texttt{status} al processo padre.
+
+ La funzione non ritorna. Il processo viene terminato
+\end{prototype}
+
+La funzione \texttt{exit} è pensata per una conclusione pulita di un programma
+che usa le librerie standard del C; essa esegue tutte le funzioni che sono
+state registrate con \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit} (vedi
+\secref{sec:proc_atexit}), e chiude tutti gli stream di I/O effettuando il
+salvataggio dei dati sospesi (chiamando \texttt{fclose}, vedi
+\secref{sec:filestd_close}), infine ripassa il controllo al kernel chiamando
+\texttt{\_exit} e passando il valore \texttt{status} come stato di uscita.
+
+La system call \texttt{\_exit} restituisce direttamente il controllo al
+kernel, concludendo immediatamente il processo, le eventuali funzioni
+registrate con \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit} non vengono eseguite. Il
+prototipo della funzione è il seguente:
+\begin{prototype}{unistd.h}{void \_exit(int status)}
+ Causa la conclusione immediata del programma restituendo il valore
+ \texttt{status} al processo padre.
+
+ La funzione non ritorna. Il processo viene terminato.
+\end{prototype}
+
+La funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo (sui tenga
+presente che questo non comporta il salvataggio dei dati bufferizzati degli
+stream), fa si che ogni figlio del processo sia ereditato da \texttt{init}
+(vedi \secref{cha:process_handling}), manda un segnale \texttt{SIGCHLD} al
+processo padre (vedi \ref{sec:sig_sigchild}) ed infine ritorna lo stato di
+uscita specificato in \texttt{status} che può essere raccolto usando la
+funzione \texttt{wait} (vedi \secref{sec:prochand_wait}).
+
+
+\subsection{Le funzioni \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit}}
+\label{sec:proc_atexit}
+
+Come accennato l'uso di \texttt{exit} al posto della \texttt{\_exit} è fatto
+principalmente per permettere una uscita pulita dalle funzioni delle librerie
+standard del C (in particolare per quel che riguarda la chiusura degli
+stream).
+
+Quando si realizza una libreria da usare in varie applicazioni può essere
+perciò utile evitare di richiedere di chiamare esplicitamente un funzione di
+uscita che esegua tutte le operazioni di pulizia prima di uscire (come quella
+di salvare eventuali dati sospesi). È invece molto meno soggetto ad errori e
+completamente trasparente all'utente poter effettuare una chiamata automatica
+di una funzione che effettui tali operazioni all'uscita dal programma.
+
+A questo scopo lo standard ANSI C prevede la possibilità di registrare un
+certo numero funzioni che verranno eseguite all'uscita dal programma (sia per
+la chiamata ad \textit{exit} che per il ritorno di \texttt{main}). La prima
+funzione che si può utilizzare a tal fine è:
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void atexit(void (*function)(void))}
+ Registra la funzione \texttt{function} per essere chiamata all'uscita dal
+ programma.
+
+ La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento,
+ \texttt{errno} non viene settata.
+\end{prototype}
+
+La funzione richiede come argomento l'indirizzo della opportuna da chiamare
+all'uscita che non deve prendere argomenti e non deve ritornare niente. Una
+estensione di \texttt{atexit} è la funzione \texttt{on\_exit} (che la glibc
+include per compatibilità con SunOS e che non è detta sia definita su altri
+sistemi), il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{stdlib.h}
+{void on\_exit(void (*function)(int status, void *arg), void *arg)}
+ Registra la funzione \texttt{function} per essere chiamata all'uscita dal
+ programma. Tutte le funzioni registrate vengono chiamate in ordine inverso
+ rispetto a quello di registrazione.
+
+ La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento,
+ \texttt{errno} non viene settata.
+\end{prototype}
+
+In questo caso la funzione da chiamare prende due parametri, il primo dei
+quali sarà inizializzato allo stato di uscita con cui è stata chiamata
+\texttt{exit} ed il secondo al puntatore generico specificato come secondo
+argomento nella chiamata di \texttt{on\_exit}.
+
+Tutte le funzioni registrate vengono chiamate in ordine inverso rispetto a
+quello di registrazione (ed una stessa funzione registrata più volte sarà
+chiamata più volte); poi vengono chiusi tutti gli stream aperti, infine viene
+chiamata \texttt{\_exit}.
+
+
+\subsection{Conclusioni}
+\label{sec:proc_term_conclusion}
+
+Data l'importanza dell'argomento è opportuno sottolineare ancora una volta che
+in un sistema unix l'unico modo in cui un programma può essere eseguito dal
+kernel è attraverso la chiamata alla system call \texttt{execve} (in genere
+attraveso una delle funzioni \texttt{exec} che vedremo in
+\secref{sec:prochand_exec}).
+
+Allo stesso modo l'unico modo in cui un programma può concludere
+volontariamente la sua esecuzione è attraverso una chiamata alla system call
+\texttt{\_exec} sia esplicitamente o che in maniera indiretta attraverso l'uso
+di \texttt{exit} o il ritorno della funzione \texttt{main}.
+
+Lo schema delle modalità con cui si avvia e conclude normalmente un programma
+è riportato in \nfig.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+
+ \caption{Schema dell'avvio e della conclusione di un programma.}
+ \label{fig:proc_prog_start_stop}
+\end{figure}
+
+Si ricordi infine che un programma può anche essere interrotto dall'esterno
+attraverso l'uso di un segnale (modalità di conclusione non mostrata in
+\curfig); torneremo su questo aspetto in \secref{cha:signals}.
+
+
+
+\section{I processi e l'uso della memoria}
+\label{sec:proc_memory}
+
+Una delle risorse base che ciascun processo ha a disposizione è la memoria, ed
+uno degli aspetti più complessi di un sistema unix (ed in particolar modo di
+Linux) è appunto la gestione della memoria. Qui ci occuperemo però di come la
+memoria viene vista dal punto di vista di un programma in esecuzione in un
+processo.
+
+
+\subsection{I concetti generali}
+\label{sec:proc_mem_gen}
+
+Ci sono vari modi in cui i vari sistemi organizzano la memoria (ed i dettagli
+di basso livello dipendono in maniera diretta dall'architettura
+dell'hardware), ma quello più tipico, usato da unix (e da Linux) è quello di
+assegnare ad ogni processo uno spazio virtuale di indirizzamento lineare in
+cui gli indirizzi vanno da zero ad un qualche valore massimo (nel caso di
+Linux fino al kernel 2.2 detto massimo era per macchine a 32bit di 2Gb, con il
+kernel 2.4 il limite è stato esteso).
+
+Come accennato nell'introduzione questo spazio di indirizzi è virtuale e non
+corrisponde all'effettiva posizione dei dati nella RAM del computer; in genere
+detto spazio non è neanche continuo (cioè non tutti gli indirizzi sono
+utilizzabili e/o utilizzati).
+
+La memoria virtuale viene divisa in pagine (che ad esempio sono di 4kb su
+macchine a 32 bit e 8kb sulle alpha, valori strettamente connessi all'hardware
+di gestione della memoria) di dimensione fissa, e ciascuna pagina della
+memoria virtuale è associata ad un supporto che può essere una pagina di
+memoria reale o ad un dispositivo di stoccaggio secondario (in genere lo spazio
+disco riservato alla swap, o i file che contengono il codice).
+
+Lo stesso pezzo di memoria reale (o di spazio disco) può fare da supporto a
+diverse pagine di memoria virtuale appartenenti a processi diversi (come
+accade in genere per le pagine che contengono il codice delle librerie
+condivise). Ad esempio il codice della funzione \texttt{printf} starà su una
+sola pagina di memoria reale che farà da supporto a tutte le pagine di memoria
+virtuale di tutti i processi hanno detta funzione nel loro codice.
+
+La corrispondenza fra le pagine della memoria virtuale e quelle della memoria
+fisica della macchina viene gestita in maniera trasparente dall'hardware di
+gestione della memoria (dalla \textit{Memory Management Unit} del processore),
+ma poiché in genere quest'ultima è solo una piccola frazione della memoria
+virtuale è necessario un meccanismo che permetta di trasferire le pagine
+virtuali che servono dal supporto su cui si trovano in memoria eliminando
+quelle che non servono. Questo meccanismo è detto \textit{paging}, ed è uno
+dei compiti principali del kernel.
+
+Quando un processo cerca di accedere ad una pagina che non è nella memoria
+reale avviene quello che viene chiamato un \textit{page fault}, l'hardware di
+gestione della memoria (la MMU del processore) genera una interruzione e passa
+il controllo al kernel il quale sospende il processo e si incarica di mettere
+in RAM la pagina richiesta (effettuando tutte le operazioni necessarie per
+reperire lo spazio necessario), per poi restituire il controllo al
+processo.
+
+Dal punto di vista di un processo questo meccanismo è completamente
+trasparente e tutto avviene come se tutte le pagine fossero sempre disponibili
+in memoria. L'unica differenza avvertibile è quella dei tempi di esecuzione,
+che passano dai pochi nanosecondi necessari per l'accesso a tempi molto più
+lunghi, dovuti all'intervento del kernel. Normalmente questo è il prezzo da
+pagare per avere un multitasking reale, ed in genere il sistema è molto
+efficiente in questo lavoro; quando però ci siano esigenze specifiche di
+prestazioni è possibile usare delle funzioni che permettono di bloccare il
+meccanismo del paging e mantenere fisse delle pagine in memoria (vedi
+\ref{sec:proc_mem_lock}).
+
+
+\subsection{La struttura della memoria di un processo}
+\label{sec:proc_mem_layout}
+
+Benché lo spazio di indirizzi virtuali copra un intervallo molto ampio, solo
+una parte di essi è effettivamente allocato ed utilizzabile dal processo; il
+tentativo di accedere ad un indirizzo non allocato è un tipico errore che si
+commette quando si è manipolato male un puntatore e genera quello che viene
+chiamato un \textit{segmentation fault}, si tenta cioè di leggere e scrivere
+da un indirizzo per il quale non esiste una associazione della pagina virtuale
+ed il kernel risponde al relativo \textit{page fault} mandando un segnale
+\texttt{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la terminazione
+immediata.
+
+È pertanto importante capire come viene strutturata la memoria virtuale di un
+processo; essa viene divisa in \textsl{segmenti}, cioè un insieme contiguo di
+indirizzi virtuali ai quali il processo può accedere. Solitamente un
+programma C viene suddiviso nei seguenti segmenti:
+
+\begin{enumerate}
+\item Il segmento di testo (\textit{text segment}). Contiene il codice
+ macchina del programma e le costanti statiche. Normalmente viene condiviso
+ così che più processi (anche diversi nel caso di librerie) possano
+ utilizzarlo e viene marcato in sola lettura per evitare sovrascritture
+ accidentali (o maliziose) che ne modifichino le istruzioni.
+
+ Viene allocato da \texttt{exec} all'avvio del programma e resta invariato
+ per tutto il tempo dell'esecuzione.
+
+\item Il segmento dei dati (\textit{data segment}). Contiene le variabili
+ globali (cioè quelle definite al di fuori di tutte le funzioni). Di norma è
+ diviso in due parti.
+
+ La prima parte è il segmento dei dati inizializzati, che contiene le
+ variabili globali il cui valore è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio
+ se si definisce:
+\begin{verbatim}
+ double pi = 3.14;
+\end{verbatim}
+ questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. La memoria di questo
+ segmento viene preallocato dalla \texttt{exec} e inizializzata ai valori
+ specificati.
+
+ La seconda parte è il segmento dei dati non inizializzati, che contiene le
+ variabili globali il cui valore è stato non è assegnato esplicitamente. Ad
+ esempio se si definisce:
+\begin{verbatim}
+ int vect[100];
+\end{verbatim}
+ questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. Anch'esso viene
+ allocato all'avvio, e tutte le variabili vengono inizializzate a
+ zero (ed i puntatori a \texttt{NULL}).
+
+ Storicamente questo segmento viene chiamato BBS (da \textit{block started by
+ symbol}. La sua dimensione è fissa.
+
+\item Lo \textit{heap}. Tecnicamente lo si può considerare l'estensione del
+ segmento dati, a cui di solito è posto giusto di seguito. È qui che avviene
+ l'allocazione dinamica della memoria; può essere ridimensionato allocando e
+ disallocando la memoria dinamica con le apposite funzioni (vedi
+ \secref{sec:proc_mem_alloc}), ma il suo limite inferiore (quello adiacente
+ al segmento dati) ha una posizione fissa.
+
+\item Il segmento di \textit{stack}, che contiene lo \textit{stack} del
+ programma. Tutte le volte che si effettua una chiamata ad una funzione è
+ qui che viene salvato l'indirizzo di ritorno e le informazioni dello stato
+ del chiamante (tipo il contenuto di alcuni registri della CPU); poi la
+ funzione chiamata alloca qui lo spazio per le sue variabili locali, in
+ questo modo le funzioni possono essere chiamate ricorsivamente. Al ritorno
+ della funzione lo spazio è automaticamente rilasciato.
+
+ La dimensione di questo segmento aumenta seguendo la crescita dello stack
+ del programma, ma non viene ridotta quando quest'ultimo si restringe.
+\end{enumerate}
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+
+ \caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo}
+ \label{fig:proc_mem_layout}
+\end{figure}
+
+Una disposizione tipica di questi segmenti è riportata in \nfig. Usando il
+comando \texttt{size} su un programma se ne può stampare le dimensioni dei
+segmenti di testo e di dati (inizializzati e BSS); il BSS però non è mai
+salvato sul file, in quanto viene inizializzato a zero al caricamento del
+programma.
+
+
+
+\subsection{Allocazione della memoria per i programmi C}
+\label{sec:proc_mem_alloc}
+
+Il C supporta due tipi di allocazione della memoria, l'allocazione statica è
+quella in cui vanno le variabili globali e le variabili statiche (e viene
+effettuata nel segmento dei dati), lo spazio per queste variabili viene
+allocati all'avvio del programma (come parte delle operazioni svolte da
+\texttt{exec}) e non viene liberato fino alla sua conclusione.
+
+L'allocazione automatica è quella che avviene per le cosiddette variabili
+automatiche, cioè gli argomenti delle funzioni o le variabili locali. Lo
+spazio per queste variabili viene allocato nello stack quando viene eseguito
+comando di invocazione della funzione e liberato quando si esce dalla
+medesima.
+
+Esiste però un terzo tipo di allocazione, che non è prevista dal linguaggio C,
+che è l'allocazione dinamica della memoria, necessaria quando il quantitativo
+di memoria che serve è determinabile solo in corso di esecuzione del
+programma.
+
+Il C non consente di usare variabili allocate dinamicamente, non è possibile
+cioè definire in fase di programmazione una variabile le cui dimensioni
+possano essere modificate durante l'esecuzione del programma; però le librerie
+del C forniscono una serie opportuna di funzioni per permettere l'allocazione
+dinamica di spazio in memoria (in genere nello heap, usando la system call
+\texttt{sbrk}), solo che a questo punto sarà possibile usarlo solo in maniera
+indiretta attraverso dei puntatori.
+
+Le funzioni previste dallo standard ANSI C per la gestione della memoria sono
+quattro, i prototipi sono i seguenti:
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void *calloc(size\_t size)}
+ Alloca \texttt{size} bytes nello heap. La memoria viene inizializzata a 0.
+
+ La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
+ di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void *malloc(size\_t size)}
+ Alloca \texttt{size} bytes nello heap. La memoria non viene inizializzata.
+
+ La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
+ di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void free(void *ptr)}
+ Disalloca lo spazio di memoria puntato da \texttt{ptr}.
+
+ La funzione non ritorna nulla.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
+ Cambia la dimensione del blocco allocato all'indirizzo \texttt{ptr}
+ portandola a \texttt{size}.
+
+ La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
+ di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+
+Il puntatore che le funzioni di allocazione ritornano è garantito essere
+sempre correttamente allineato per tutti i tipi di dati; ad esempio sulle
+macchine a 32 bit in genere è allineato a multipli di 4 bytes e sulle macchine
+a 64 bit a multipli di 8 bytes. Il puntatori ritornati sono di tipo generico
+così non è necessario effettuare un cast per assegnarli a puntatori di altro
+tipo.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+\section{La gestione di parametri e opzioni}
+\label{sec:parameter_options}
+
+Il passaggio dei parametri e delle variabili di ambiente dalla riga di comando
+al singolo programma quando viene lanciato è effettuato attraverso le
+variabili \texttt{argc}, \texttt{argv} che vengono passate al programma
+come argomenti della funzione principale.
+
+\subsection{Il formato dei parametri}
+\label{sec:proc_par_format}
+In genere passaggio dei parametri al programma viene effettuato dalla shell,
+che si incarica di leggere la linea di comando e di effettuarne la scansione
+(il cosiddetto \textit{parsing}) per individuare le parole che la compongono,
+ciascuna delle quali viene considerata un parametro; di default per
+individuare le parole viene usato come separatore lo spazio (comportamento
+modificabile attraverso il settaggio della variabile di ambiente IFS).
+
+Nella scansione viene costruito il vettore di puntatori \texttt{argv} inserendo
+in successione il puntatore alla stringa costituente l'$n$-simo parametro; la
+variabile \texttt{argc} viene inizializzata al numero di parametri trovati, in
+questo modo il primo parametro è sempre il nome del programma (vedi \nfig).
+
+\subsection{La gestione delle opzioni}
+\label{sec:proc_opt_handling}
+
+In generale un programma unix riceve da linea di comando sia i parametri che
+le opzioni, queste ultime sono standardizzate per essere riconosciute come
+tali: un elemento di \texttt{argv} che inizia con \texttt{-} e che non sia un
+singolo \texttt{-} o \texttt{--} viene considerato un'opzione. In in genere
+le opzioni sono costituite da una lettera preceduta dal meno e possono avere o
+no un parametro associato; un comando tipico può essere cioè qualcosa del
+tipo:
+\begin{verbatim}
+touch -r riferimento.txt -m questofile.txt
+\end{verbatim}
+ed in questo caso le opzioni sono \texttt{m} ed \texttt{r}.
+
+Per gestire le opzioni all'interno dei parametri passati in \texttt{argv} le
+librerie standard del C forniscono la funzione \texttt{getopt} (accessibile
+includendo \texttt{unistd.h}), che ha il prototipo:
+\begin{verbatim}
+int getopt(int argc, char * const argv[], const char * optstring);
+\end{verbatim}
+
+Questa funzione prende come argomenti le due variabili \texttt{argc} e
+\texttt{argv} ed una stringa che indica quali sono le opzioni valide; la
+funzione effettua la scansione della lista dei parametri ricercando ogni
+stringa che comincia con \texttt{-} e ritorna ogni volta che trova una opzione
+valida.
+
+La stringa \texttt{optstring} indica quali sono le opzioni riconosciute ed è
+costituita da tutti i caratteri usati per identificare le singole opzioni, se
+l'opzione ha un parametro al carattere deve essere fatto seguire un segno di
+due punti \texttt{:} nel caso appena accennato ad esempio la stringa di
+opzioni sarebbe \texttt{"r:m"}.
+
+La modalità di uso è pertanto quella di chiamare più volte la funzione
+all'interno di un ciclo di while fintanto che essa non ritorna il valore
+\texttt{-1} che indica che non ci sono più opzioni. Nel caso si incontri
+un'opzione non dichiarata in \texttt{optstring} viene ritornato un \texttt{?}
+mentre se l'opzione non è seguita da un parametro viene ritornato un
+\texttt{:} infine se viene incontrato il valore \texttt{--} la scansione viene
+considerata conclusa.
+
+Quando la funzione trova un'opzione essa ritorna il valore numerico del
+carattere, in questo modo si possono prendere le azioni relative usando un
+case; la funzione inizializza inoltre alcune variabili globali:
+\begin{itemize}
+\item \texttt{char * optarg} contiene il puntatore alla stringa argomento
+ dell'opzione.
+\item \texttt{int optind} alla fine della scansione restituisce l'indice del
+ primo argomento che non è un'opzione.
+\item \texttt{int opterr} previene, se posto a zero, la stampa di un messaggio
+ di errore in caso di riconoscimento di opzioni non definite.
+\item \texttt{int optopt} contiene il carattere dell'opzione non riconosciuta.
+\end{itemize}