\label{sec:file_memory_map}
Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
-rispetto a quella classica, è quella dei file \textsl{mappati in memoria} (il
-cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}). In sostanza quello che si fa è usare
-il meccanismo della \textsl{paginazione}\index{paginazione} usato per la
-memoria virtuale (vedi \secref{sec:proc_mem_gen}) vedere il file in una
-sezione dello spazio di indirizzi del processo, in modo che l'accesso a
-quest'ultimo avvenga con le normali operazioni di lettura e scrittura delle
-variabili in memoria.
-
-Questa interfaccia è più efficiente dell'uso delle usuali funzioni di I/O, in
-quanto permette di caricare in memoria solo le parti del file che sono
-effettivamente usate ad un dato istante. Infatti, dato che l'accesso è fatto
-direttamente attraverso la memoria virtuale, non è necessario trasferire in un
-buffer tutti i dati che potrebbero servire, e poi riscrivere il tutto una
-volta completate le operazioni, la scrittura e la lettura avverranno invece
-direttamente sulla sezione di memoria mappata, che sarà a sua volta letta o
-scritta sul file, una pagina alla volta (e solo per le parti effettivamente
-usate) in maniera trasparente attraverso il meccanismo della paginazione.
-L'acceso alle pagine non ancora caricate avverrà allo stesso modo con cui
-vengono caricate in memoria le pagine che sono state salvate sullo swap.
-
-Inoltre in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un
+rispetto a quella classica vista in \capref{cha:file_unix_interface}, è il
+cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che attraverso il meccanismo della
+\textsl{paginazione}\index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
+\secref{sec:proc_mem_gen}) permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
+file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo.
+
+Tutto questo comporta una notevole semplificazione delle operazioni di I/O, in
+quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer intermedi su cui
+appoggiare i dati da traferire, ma questi potranno essere acceduti
+direttamente dalla sezione di memoria; inoltre questa interfaccia
+è più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette di caricare
+in memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad un dato
+istante.
+
+Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la memoria
+virtuale, la sezione di memoria mappata su cui si opera sarà a sua volta letta
+o scritta sul file una pagina alla volta e solo per le parti effettivamente
+usate, il tutto in maniera completamente trasparente al processo; l'acceso
+alle pagine non ancora caricate avverrà allo stesso modo con cui vengono
+caricate in memoria le pagine che sono state salvate sullo swap.
+
+Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un
file vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi
vengono scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni
-il cui solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile,
+il cui solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
+memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
-
-La funzione che permette di attivare il memory mapping di un file è
-\func{mmap}, il suo prototipo è:
+L'interfaccia prevede varie funzioni per la gestione del \textit{memory
+ mapping}, la prima di queste è \func{mmap}, che esegue la mappatura in
+memoria un file; il suo prototipo è:
\begin{functions}
\headdecl{unistd.h}
fd, off\_t offset)}
Esegue la mappatura in memoria del file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
+ in caso di successo, e \macro{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
+ qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
+ \macro{MAP\_ANONYMOUS}.
+ \item[\macro{EACCES}] Il file descriptor non si riferisce ad un file
+ normale, o si è richiesto \macro{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è
+ aperto in lettura, o si è richiesto \macro{MAP\_SHARED} e settato
+ \macro{PROT\_WRITE} ed \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o
+ si è settato \macro{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in
+ \textit{append-only}.
+ \item[\macro{EINVAL}] I valori di \param{start}, \param{length} o
+ \param{offset} non sono validi (o troppo grandi o non allineati sulla
+ dimensione delle pagine).
+ \item[\macro{ETXTBSY}] Si è settato \macro{MAP\_DENYWRITE} ma \param{fd} è
+ aperto in scrittura.
+ \item[\macro{EAGAIN}] Il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria.
+ \item[\macro{ENOMEM}] Non c'è memoria o si è superato il limite sul numero
+ di mappature possibili.
+ \item[\macro{ENODEV}] Il filesystem di \param{fd} no supporta il memory
+ mapping.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
+partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
+all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
+multiplo della dimensione di una pagina di memoria. Il valore dell'argomento
+\param{prot} indica la protezione\footnote{in Linux la memoria reale è divisa
+ in pagine: ogni processo vede la sua memoria attraverso uno o più segmenti
+ lineari di memoria virtuale. Per ciascuno di questi segmenti il kernel
+ mantiene nella \textit{page table} la mappatura sulle pagine di memoria
+ reale, ed le modalità di accesso (lettura, esecuzione, scrittura); una loro
+ violazione causa quella che si chiama una \textit{segment violation}, e la
+ relativa emissione del segnale \macro{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di
+memoria e deve essere specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di
+uno o più dei valori riportati in \tabref{tab:file_mmap_flag}; il valore
+specificato deve essere compatibile con la modalità con cui si è aperto il
+file.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{PROT\_EXEC} & Le pagine possono essere eseguite.\\
+ \macro{PROT\_READ} & Le pagine possono essere lette.\\
+ \macro{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
+ \macro{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
+ protezione applicate alle pagine del file mappate in memoria.}
+ \label{tab:file_mmap_prot}
+\end{table}
+
+L'argomento \param{flags} specifica qual'è il tipo di oggetto mappato, le
+opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
+modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
+mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
+come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
+\tabref{tab:file_mmap_flag}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{MAP\_FIXED} & Non permette di restituire un indirizzo diverso
+ da \param{start}, se questo non può essere usato
+ \func{mmap} fallisce. Se si setta questo flag il
+ valore di \param{start} deve essere allineato
+ alle dimensioni di una pagina. \\
+ \macro{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
+ riportati sul file e saranno immediatamente
+ visibili agli altri processi che mappano lo stesso
+ file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
+ aggiornato fino alla chiamata di \func{rsync} o
+ \func{unmap}), e solo allora le modifiche saranno
+ visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
+ con \macro{MAP\_PRIVATE}. \\
+ \macro{MAP\_PRIVATE} & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
+ riportati sul file. Ne viene fatta una copia
+ privata cui solo il processo chiamante ha
+ accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso
+ il meccanismo del \textit{copy on write} e
+ salvate su swap in caso di necessità. Non è
+ specificato se i cambiamenti sul file originale
+ vengano riportati sulla regione
+ mappata. Incompatibile con \macro{MAP\_SHARED}. \\
+ \macro{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
+ \textit{DoS}\index{DoS} (veniva usato per
+ segnalare che tentativi di scrittura sul file
+ dovevano fallire con \macro{ETXTBUSY}).\\
+ \macro{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato. \\
+ \macro{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \macro{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
+ delle pagine di swap ad uso del meccanismo di
+ \textit{copy on write} per mantere le modifiche
+ fatte alla regione mappata, in
+ questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
+ memoria disponibile, si ha l'emissione di
+ un \macro{SIGSEGV}. \\
+ \macro{MAP\_LOCKED} & Se settato impedisce lo swapping delle pagine
+ mappate. \\
+ \macro{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli stack. Indica alla virtual memory
+ che la mappatura deve essere effettuata .\\
+ \macro{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
+ argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
+ ignorati.\footnotemark\\
+ \macro{MAP\_ANON} & Sinonimo di \macro{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
+ \macro{MAP\_FILE} & Valore di compatibiità, deprecato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
+ \label{tab:file_mmap_flag}
+\end{table}
+
+\footnotetext{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
+ memoria.}
+\footnotetext{L'uso di questo flag con \macro{MAP\_SHARED} è
+ stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
+
+Un file viene sempre mappato su multipli delle dimensioni di una pagina,
+qualora esso sia più corto la parte restante è riempita con zeri; eventuali
+scritture in quella zona di memoria non vengono riportate sul file. Se le
+dimensioni del file cambiano (esso viene esteso o troncato), non è specificato
+quale effetto viene a aversi sulle pagine di memoria che corrispondono alle
+regioni aggiunte o tolte.
+
+Si tenga presente che non tutti i file possono venire mappati in memoria; ad
+esempio non è possibile mappare in memoria pipe, socket e fifo; lo stesso vale
+anche per alcuni file di dispositivo, che non dispongono dell'operazione
+relativa \var{mmap} (si ricordi quanto esposto in \secref{sec:file_vfs_work}).
+
+La memoria mappata viene mantenuta attraverso una \func{fork}; con gli stessi
+attributi. In particolare se la memoria è condivisa lo sarà anche fra padre e
+figlio, se è privata ognuno di essi manterrà una sua versione privata. Non c'è
+invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
+sostituisce tutto lo spazio degli indirizzo con quello del nuovo programma.
+
+Quando si effettua una mappatura di un file, i relativi tempi (vedi
+\secref{sec:file_file_times}) vengono pure modificati. Il valore di
+\var{st\_atime} può venir cambiato in un qualunque momento in cui la mappatura
+sia attiva: il primo riferimento ad una pagina mappata aggiorna questo tempo.
+I valori di \var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} vengono cambiati solo quando è
+possibile una scrittura (cioè per un file mappato con \macro{PROT\_WRITE} e
+\macro{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura e prima di una
+eventuale \func{msync}.
+
+Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
+direttamente dalla memoria virtuale, occorre essere consapevoli delle
+interazioni che possono esserci con operazioni effettuate con l'interfaccia
+standard di \capref{sec:file_unix_interface}. Il problema è che una volta che
+si è mappato un file, le operazioni di lettura e scrittura saranno eseguite
+sulla memoria, e riportate su disco in maniera autonoma dal sistema della
+memoria virtuale.
+
+Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
+potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
+virtuale leggerà dal disco in memoria quella sezione del file, ed è del tutto
+indefinito quale può essere il contenuto della memoria mappata. È però
+possibile usare la funzione \func{msync} per sincronizzare il contenuto della
+memoria con il file su disco; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+ \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
+
+ Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
+
\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
errore nel qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
\begin{errlist}
- \item[\macro{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
- \macro{MAP\_ANONYMOUS}.
- \item[\macro{EACCES}] \macro{MAP\_PRIVATE}.
- \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\macro{EINVAL}] O \param{start} non è multiplo di \macro{PAGESIZE},
+ o si è specificato un valore non valido per \param{flags}.
+ \item[\macro{EFAULT}] Il range specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
\end{errlist}
- ed inoltre \macro{ENOMEM}.}
+ }
\end{functions}
+La funzione esegue la sincronizzazione su file di quanto scritto nella sezione
+di memoria indicata da \param{start} e \param{offset}. Provvede anche ad
+aggiornare i relativi tempi di modifica; in questo modo le funzioni
+dell'interfaccia standard potranno accedere al contenuto aggiornato.
+
+L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
+dei valori riportati in \tabref{tab:file_mmap_rsync}, di questi però
+\macro{MS\_ASYNC} e \macro{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
+infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
+meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
+attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
+flag fa invalidare le pagine di cui si richiede la sincronizzazione per tutte
+le mappature dello stesso file, così che esse possano essere immediatamente
+aggiornate ai nuovi valori.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{MS\_ASYNC} & Richiede la sincronizzazione.\\
+ \macro{MS\_SYNC} & Attende che la sincronizzazione si eseguita.\\
+ \macro{MS\_INVALIDATE}& Richiede che le altre mappature dello stesso file
+ siano invalidate.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \label{tab:file_mmap_rsync}
+\end{table}
+
Una volta completate le operazioni di I/O si può eliminare la mappatura della
memoria usando la funzione \func{munmap}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
\funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
- Esegue la mappatura in memoria del file \param{fd}.
+ Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
errore nel qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
\begin{errlist}
- \item[\macro{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
- \macro{MAP\_ANONYMOUS}.
- \item[\macro{EACCES}] \macro{MAP\_PRIVATE}.
- \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\macro{EINVAL}] Il range specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
\end{errlist}
- ed inoltre \macro{ENOMEM}.}
+ }
\end{functions}
+La funzione
+
\section{Il file locking}
\label{sec:file_locking}
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