02f0b9f80c90f35176a6d6a278b1a8b74a31a62d
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2011 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione avanzata dei file}
13 \label{cha:file_advanced}
14 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
15 dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
16   locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
17 permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
18 che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
19 varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
20 file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
21 controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
22
23
24 \section{Il \textit{file locking}}
25 \label{sec:file_locking}
26
27 \itindbeg{file~locking}
28
29 In sez.~\ref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
30 sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
31 diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
32 in \itindex{append~mode} \textit{append mode}, quando più processi scrivono
33 contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
34 in cui essi opereranno.
35
36 Questo causa la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
37   condition}; in generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra
38 un processo che scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono
39 leggere informazioni scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella
40 in cui diversi processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro
41 output sul file.
42
43 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
44 evitare le \itindex{race~condition} \textit{race condition}, attraverso una
45 serie di funzioni che permettono di bloccare l'accesso al file da parte di
46 altri processi, così da evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità
47 delle operazioni di lettura o scrittura.
48
49
50 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
51 \label{sec:file_record_locking}
52
53 La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
54 sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
55   locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
56   come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
57   \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary file
58     lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
59   mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
60     locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
61   ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
62   riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
63   mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
64 processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
65 esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. 
66
67 Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite
68 comunque e non risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock};
69 pertanto è sempre compito dei vari processi che intendono usare il
70 \textit{file locking}, controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi
71 prima di accedervi, utilizzando le relative funzioni.
72
73 In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock};\footnote{di
74   seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
75   nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
76   \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
77   processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
78   \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
79 \textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
80 file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
81 parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
82 richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
83 proteggere il loro accesso in lettura.
84
85 La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
86 \textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
87 lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
88 scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
89 processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
90 proteggere il suo accesso in scrittura.
91
92 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
93   locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
94 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
95 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
96 \func{fcntl}.  I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
97 indipendente nelle due interfacce,\footnote{in realtà con Linux questo avviene
98   solo dalla serie 2.0 dei kernel.}  che pertanto possono coesistere senza
99 interferenze.
100
101 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
102 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
103 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
104 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file.  Se il blocco viene acquisito
105 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
106 comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
107 le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco. 
108
109 La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
110 tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
111 tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
112 corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
113 nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
114 della richiesta.
115
116 \begin{table}[htb]
117   \centering
118   \footnotesize
119    \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
120     \hline
121     \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
122     \cline{2-4}
123                 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
124     \hline
125     \hline
126     \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
127     \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
128     \hline    
129   \end{tabular}
130   \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
131   \label{tab:file_file_lock}
132 \end{table}
133
134 Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
135 permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
136 che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di blocco che
137 si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
138 apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
139 un \textit{write lock}).
140
141 %%  Si ricordi che
142 %% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
143 %% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
144 %% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
145
146
147 \subsection{La funzione \func{flock}} 
148 \label{sec:file_flock}
149
150 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
151 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per
152 richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo
153 prototipo è:
154 \begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
155   
156   Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
157   
158   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
159     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
160     \begin{errlist}
161     \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
162       specificato \const{LOCK\_NB}.
163     \end{errlist}
164   }
165 \end{prototype}
166
167 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
168 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
169 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
170 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
171 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
172
173 \begin{table}[htb]
174   \centering
175   \footnotesize
176   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
177     \hline
178     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
179     \hline
180     \hline
181     \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
182     \const{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
183     \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
184     \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
185                        richiesta di un \textit{file lock}.\\
186     \hline    
187   \end{tabular}
188   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
189   \label{tab:file_flock_operation}
190 \end{table}
191
192 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
193 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
194 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
195 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
196 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
197 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
198 usare direttamente const{LOCK\_UN}.
199
200 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
201 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
202   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
203 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
204 facendo fallire la riacquisizione.
205
206 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
207 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
208 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
209 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
210 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
211 funzionalità.
212
213 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
214 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
215 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
216 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
217 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
218 per entrambe le interfacce.
219
220 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
221 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
222 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
223 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
224 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
225 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di
226 inode\itindex{inode},\footnote{in particolare, come accennato in
227   fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono mantenuti in una
228   \itindex{linked~list} \textit{linked list} di strutture
229   \struct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
230   mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \struct{inode} (per le
231   definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti
232   del kernel).  Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di
233   un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).}
234 dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
235 diversi che aprono lo stesso file.
236
237 \begin{figure}[!htb]
238   \centering
239   \includegraphics[width=15.5cm]{img/file_flock}
240   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
241     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
242   \label{fig:file_flock_struct}
243 \end{figure}
244
245 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
246 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
247 un nuovo elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \struct{file\_lock}.}
248 Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la semantica della funzione
249 prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un
250 \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori riferimenti allo
251 stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema di
252 fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file lock}
253 un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto nel campo \var{fl\_file} di
254   \struct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i \textit{file lock} creati
255   con la semantica BSD.} alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file
256   table} da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare.
257
258 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
259 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
260 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
261 \textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se
262 ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
263 sez.~\ref{sec:file_sharing}, e cioè che i file descriptor duplicati e quelli
264 ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella
265 \itindex{file~table} \textit{file table}, si può capire immediatamente quali
266 sono le conseguenze nei confronti delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
267
268 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
269 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella
270 \itindex{file~table} \textit{file table}, anche se questo è diverso da quello
271 con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file
272   descriptor fa riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa
273   della \itindex{file~table} \textit{file table}, come accade tutte le volte
274   che si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
275 processo figlio. Inoltre una volta tolto un \textit{file lock} su un file, la
276 rimozione avrà effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa
277 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, e quindi, nel caso di
278 file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche per processi
279 diversi.
280
281 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
282 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
283 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
284 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
285 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
286 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
287 \textit{file table}; e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che
288 fanno riferimento alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci
289 siano duplicati o processi figli che mantengono ancora aperto un file
290 descriptor, il \textit{file lock} non viene rilasciato.
291  
292
293 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
294 \label{sec:file_posix_lock}
295
296 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
297 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
298 già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
299 sez.~\ref{sec:file_fcntl}. Quando la si impiega per il \textit{file locking}
300 essa viene usata solo secondo il seguente prototipo:
301 \begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
302   
303   Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
304   
305   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
306     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
307     \begin{errlist}
308     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
309       \textit{file lock} da parte di altri processi.
310     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
311       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
312       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
313     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
314       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
315       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
316       un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema
317       riconosca sempre questa situazione.
318     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
319       di poter acquisire un \textit{file lock}.
320     \end{errlist}
321     ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
322   }
323 \end{prototype}
324
325 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
326 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
327 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
328 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
329 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
330 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
331 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
332 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
333 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
334 con un'altra regione bloccata.
335
336 \begin{figure}[!htb]
337   \footnotesize \centering
338   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
339     \includestruct{listati/flock.h}
340   \end{minipage} 
341   \normalsize 
342   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
343     \textit{file locking}.}
344   \label{fig:struct_flock}
345 \end{figure}
346
347
348 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
349 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
350 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
351 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
352 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
353 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
354 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
355 relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
356
357 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
358 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
359 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
360 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
361 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
362 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
363 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
364
365 \begin{table}[htb]
366   \centering
367   \footnotesize
368   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
369     \hline
370     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
371     \hline
372     \hline
373     \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
374     \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
375     \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
376     \hline    
377   \end{tabular}
378   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
379   \label{tab:file_flock_type}
380 \end{table}
381
382 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
383 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
384 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
385 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
386 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
387 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
388 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
389 \textit{file lock}.
390
391 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
392 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
393 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, specifica
394 l'azione da compiere; i valori relativi al \textit{file locking} sono tre:
395 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
396 \item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
397   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
398   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
399   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
400   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
401 \item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
402   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
403   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel
404   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
405   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
406   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
407 \item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
408   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
409   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
410   rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
411   con un errore di \errcode{EINTR}.
412 \end{basedescript}
413
414 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
415 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
416 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
417 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
418 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
419 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
420 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
421 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
422 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
423 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
424 per indicare quale è la regione bloccata.
425
426 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
427 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
428 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
429 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
430 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
431   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
432   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
433 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
434 stato effettivamente acquisito.
435
436 \begin{figure}[!htb]
437   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
438   \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
439   \label{fig:file_flock_dead}
440 \end{figure}
441
442 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
443 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
444 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
445 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
446 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
447 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
448 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
449 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
450 porta ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche
451 il processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.
452 Per questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo,
453 ed impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che
454 cerca di acquisire un blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
455 \textit{deadlock}.
456
457 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
458 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
459 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
460 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
461 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
462 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in questo caso nella figura si
463   sono evidenziati solo i campi di \struct{file\_lock} significativi per la
464   semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
465   \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene
466   bloccata grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è
467   comunque la stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è
468   impostato il bit \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene
469   usato.} il blocco è sempre associato \itindex{inode} all'inode, solo che in
470 questo caso la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una
471 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del
472 \ids{PID} del processo.
473
474 \begin{figure}[!htb]
475   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
476   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
477     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
478   \label{fig:file_posix_lock}
479 \end{figure}
480
481 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
482 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la
483   \itindex{linked~list} \textit{linked list} delle strutture
484   \struct{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui
485   \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano
486   ben separate.}  per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad
487 una già bloccata, in caso affermativo decide in base al tipo di blocco, in
488 caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
489
490 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
491 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
492 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
493 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
494 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
495 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
496 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
497 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
498 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
499
500 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
501 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
502 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
503 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
504 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
505 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
506 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
507 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
508 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
509
510 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
511 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
512 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
513 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
514 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
515 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
516 avranno sempre successo.
517
518 Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
519 accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
520   cioè si richiede più volte lo stesso \textit{file lock}, o più blocchi sulla
521   stessa sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola
522   richiesta di rilascio per cancellare il blocco.}  la cosa non ha alcun
523 effetto; la funzione ritorna con successo, senza che il kernel debba
524 modificare la lista dei \textit{file lock}.  In questo caso invece si possono
525 avere una serie di situazioni diverse: ad esempio è possibile rimuovere con
526 una sola chiamata più \textit{file lock} distinti (indicando in una regione
527 che si sovrapponga completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo
528 una parte di un blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella
529 di un altro blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri
530 \textit{file lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si
531 sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.  Il
532 comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
533 l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
534 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
535   lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
536 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
537
538 \begin{figure}[!htbp]
539   \footnotesize \centering
540   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
541     \includecodesample{listati/Flock.c}
542   \end{minipage} 
543   \normalsize 
544   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
545   \label{fig:file_flock_code}
546 \end{figure}
547
548 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
549 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
550 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
551 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
552 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
553
554 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
555 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
556 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
557 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
558 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
559 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
560   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
561 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
562 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
563 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
564 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
565 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
566 \cmd{-b}.
567
568 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
569 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
570   15--18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
571 uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
572 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
573 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
574 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
575 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
576 modalità bloccante.
577
578 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
579 controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
580 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
581 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
582 aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
583 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
584 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
585 immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
586 esegue (\texttt{\small 41}).
587
588 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
589 risultato uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un
590 messaggio (\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si
591 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
592 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
593 tutti i blocchi vengono rilasciati.
594
595 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
596 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
597 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
598
599 \vspace{1mm}
600 \begin{minipage}[c]{12cm}
601 \begin{verbatim}
602 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
603 Lock acquired
604 \end{verbatim}%$
605 \end{minipage}\vspace{1mm}
606 \par\noindent
607 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
608 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
609 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
610 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
611 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
612 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
613
614 \vspace{1mm}
615 \begin{minipage}[c]{12cm}
616 \begin{verbatim}
617 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
618 Failed lock: Resource temporarily unavailable
619 \end{verbatim}%$
620 \end{minipage}\vspace{1mm}
621 \par\noindent
622 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
623 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
624 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
625 del file con il comando:
626
627 \vspace{1mm}
628 \begin{minipage}[c]{12cm}
629 \begin{verbatim}
630 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
631 Failed lock: Resource temporarily unavailable
632 \end{verbatim}%$
633 \end{minipage}\vspace{1mm}
634 \par\noindent
635 se invece blocchiamo una regione con: 
636
637 \vspace{1mm}
638 \begin{minipage}[c]{12cm}
639 \begin{verbatim}
640 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
641 Lock acquired
642 \end{verbatim}%$
643 \end{minipage}\vspace{1mm}
644 \par\noindent
645 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
646 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
647 regioni si sovrappongono avremo che:
648
649 \vspace{1mm}
650 \begin{minipage}[c]{12cm}
651 \begin{verbatim}
652 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15  Flock.c
653 Failed lock: Resource temporarily unavailable
654 \end{verbatim}%$
655 \end{minipage}\vspace{1mm}
656 \par\noindent
657 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
658 avremo che:
659
660 \vspace{1mm}
661 \begin{minipage}[c]{12cm}
662 \begin{verbatim}
663 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15  Flock.c
664 Lock acquired
665 \end{verbatim}%$
666 \end{minipage}\vspace{1mm}
667 \par\noindent
668 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
669 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
670
671 \vspace{1mm}
672 \begin{minipage}[c]{12cm}
673 \begin{verbatim}
674 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
675 Failed lock: Resource temporarily unavailable
676 \end{verbatim}%$
677 \end{minipage}\vspace{1mm}
678 \par\noindent
679 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
680
681 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
682 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
683 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
684 opzione:
685
686 \vspace{1mm}
687 \begin{minipage}[c]{12cm}
688 \begin{verbatim}
689 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
690 \end{verbatim}%$
691 \end{minipage}\vspace{1mm}
692 \par\noindent
693 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
694 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
695 essere acquisito otterremo:
696
697 \vspace{1mm}
698 \begin{minipage}[c]{12cm}
699 \begin{verbatim}
700 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
701 \end{verbatim}%$
702 \end{minipage}\vspace{1mm}
703 \par\noindent
704 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
705 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
706 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
707 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
708
709 \vspace{1mm}
710 \begin{minipage}[c]{12cm}
711 \begin{verbatim}
712 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
713 Lock acquired
714 \end{verbatim}%$
715 \end{minipage}\vspace{3mm}
716 \par\noindent
717
718 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
719 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
720 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
721 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
722 BSD:
723
724 \vspace{1mm}
725 \begin{minipage}[c]{12cm}
726 \begin{verbatim}
727 [root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
728 Lock acquired
729 \end{verbatim}
730 \end{minipage}\vspace{1mm}
731 \par\noindent
732 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
733 questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
734 disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
735 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
736
737
738
739 \subsection{La funzione \func{lockf}}
740 \label{sec:file_lockf}
741
742 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
743 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
744 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
745 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
746 che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
747 \begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
748   
749   Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
750   
751   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
752     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
753     \begin{errlist}
754     \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] non è possibile acquisire il lock, e si è
755       selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
756       file è mappato in memoria.
757     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
758       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
759       dei \textit{file lock}.
760     \end{errlist}
761     ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
762   }
763 \end{prototype}
764
765 Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
766 che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
767 tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
768
769 \begin{table}[htb]
770   \centering
771   \footnotesize
772   \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
773     \hline
774     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
775     \hline
776     \hline
777     \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
778                       mantenere un blocco condiviso sullo stesso file.\\
779     \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
780                       alla volta può mantenere un blocco esclusivo su un file.\\
781     \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
782     \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il blocco non è disponibile,
783                       si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
784                       con un OR aritmetico dei valori.\\ 
785     \hline    
786   \end{tabular}
787   \caption{Valori possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
788   \label{tab:file_lockf_type}
789 \end{table}
790
791 Qualora il blocco non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
792 \const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
793 Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
794 delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
795 affatto equivalente a \func{flock}).
796
797
798
799 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
800 \label{sec:file_mand_locking}
801
802 \itindbeg{mandatory~locking}
803
804 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
805 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
806 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
807 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
808 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
809 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
810
811 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
812 utilizzo particolare del bit \itindex{sgid~bit} \acr{sgid}. Se si ricorda
813 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
814 utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene eseguito un
815 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
816 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
817 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
818 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
819 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
820 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
821   locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
822   sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
823   cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
824   non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
825     locking}.}
826
827 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
828 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
829 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
830 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
831   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \itindex{sgid~bit}
832   \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa operazione con un
833   sistema bloccato.}  inoltre con il \textit{mandatory locking} si può
834 bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura su un file su cui
835 è attivo un blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory
836   locking} è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem per
837 filesystem in fase di montaggio (specificando l'apposita opzione di
838 \func{mount} riportata in sez.~\ref{sec:sys_file_config}), o con l'opzione
839 \code{-o mand} per il comando omonimo).
840
841 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
842 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
843 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
844 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
845 per \func{fcntl}.
846
847 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
848 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
849 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
850 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
851 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
852 direttamente il \textit{file locking}.
853
854 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
855 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
856 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
857 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
858 di \errcode{EAGAIN}.
859
860 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
861 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
862 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
863 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
864 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
865
866 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
867 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
868 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
869 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
870 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
871 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
872 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
873 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
874 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
875
876 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
877 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
878 abbiamo trattato in sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso
879 infatti, quando si esegue la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si
880 ha un accesso al contenuto del file. Lo standard SVID prevede che sia
881 impossibile eseguire il memory mapping di un file su cui sono presenti dei
882 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
883   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
884   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
885   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
886 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
887   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
888   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
889 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
890 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
891 possibilità di modificare il file.
892
893 \itindend{file~locking}
894
895 \itindend{mandatory~locking}
896
897
898 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
899 \label{sec:file_multiplexing}
900
901
902 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
903 su molti file usando le funzioni illustrate in
904 cap.~\ref{cha:file_unix_interface} e cap.~\ref{cha:files_std_interface} è che
905 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
906 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
907 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
908 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
909 I/O.
910
911
912 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
913 \label{sec:file_noblocking}
914
915 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
916 \textit{fast} e \textit{slow} system call,\index{system~call~lente} che in
917 certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si
918   ricordi però che questo può accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni
919   file di dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui file normali le funzioni
920   di lettura e scrittura ritornano sempre subito.}  Ad esempio le operazioni
921 di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul
922 descrittore su cui si sta operando.
923
924 Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
925 affrontare nelle operazioni di I/O, che si verifica quando si deve operare con
926 più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi senza che sia
927 possibile prevedere quando questo può avvenire (il caso più classico è quello
928 di un server in attesa di dati in ingresso da vari client). Quello che può
929 accadere è di restare bloccati nell'eseguire una operazione su un file
930 descriptor che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne potrebbe essere un
931 altro disponibile. Questo comporta nel migliore dei casi una operazione
932 ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di quella bloccata, mentre
933 nel peggiore dei casi (quando la conclusione della operazione bloccata dipende
934 da quanto si otterrebbe dal file descriptor ``\textsl{disponibile}'') si
935 potrebbe addirittura arrivare ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
936
937 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile prevenire
938 questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file in
939 \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \const{O\_NONBLOCK}
940 nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output
941 eseguite sul file che si sarebbero bloccate, ritornano immediatamente,
942 restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa modalità di I/O
943 permette di risolvere il problema controllando a turno i vari file descriptor,
944 in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non viene garantito.
945 Ovviamente questa tecnica, detta \itindex{polling} \textit{polling}, è
946 estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
947 eseguire in continuazione delle system call che nella gran parte dei casi
948 falliranno.
949
950 Per superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
951   multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consente di tenere sotto
952 controllo più file descriptor in contemporanea, permettendo di bloccare un
953 processo quando le operazioni volute non sono possibili, e di riprenderne
954 l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia effettuabile, in
955 modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare bloccati.
956
957 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
958 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
959 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
960 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
961 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
962 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
963
964
965 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
966 \label{sec:file_select}
967
968 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
969   multiplexing} è stato BSD,\footnote{la funzione \func{select} è apparsa in
970   BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i sistemi che
971   supportano i socket, compreso le varianti di System V.}  con la funzione
972 \funcd{select}, il cui prototipo è:
973 \begin{functions}
974   \headdecl{sys/time.h}
975   \headdecl{sys/types.h}
976   \headdecl{unistd.h}
977   \funcdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
978     *exceptfds, struct timeval *timeout)}
979   
980   Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
981   attivo.
982   
983   \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
984     descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
985     caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
986   \begin{errlist}
987   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
988     degli insiemi.
989   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
990   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
991     o un valore non valido per \param{timeout}.
992   \end{errlist}
993   ed inoltre \errval{ENOMEM}.
994 }
995 \end{functions}
996
997 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
998 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
999 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1000 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1001 \param{timeout}.
1002
1003 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1004
1005 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1006 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1007 \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1008 maniera analoga a come un \itindex{signal~set} \textit{signal set} (vedi
1009 sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di segnali. Per la
1010 manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
1011 opportune macro di preprocessore:
1012 \begin{functions}
1013   \headdecl{sys/time.h}
1014   \headdecl{sys/types.h}
1015   \headdecl{unistd.h}
1016   \funcdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1017   Inizializza l'insieme (vuoto).
1018
1019   \funcdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1020   Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
1021
1022   \funcdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1023   Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.
1024   
1025   \funcdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1026   Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
1027 \end{functions}
1028
1029 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1030 \const{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1031 al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
1032   fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma da
1033 quando, come nelle versioni più recenti del kernel, questo limite è stato
1034 rimosso, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
1035   descriptor set}.\footnote{il suo valore, secondo lo standard POSIX
1036   1003.1-2001, è definito in \file{sys/select.h}, ed è pari a 1024.} 
1037
1038 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1039 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1040 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili; allo stesso modo
1041 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1042 eccede \const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1043
1044 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1045 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1046 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1047   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1048   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}; inoltre con Linux
1049   possono verificarsi casi particolari, ad esempio quando arrivano dati su un
1050   socket dalla rete che poi risultano corrotti e vengono scartati, può
1051   accadere che \func{select} riporti il relativo file descriptor come
1052   leggibile, ma una successiva \func{read} si blocchi.} il secondo,
1053 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1054 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i
1055 dati urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, vedi
1056 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1057
1058 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1059 \const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente la funzione richiede di
1060 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1061 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1062 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1063 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1064 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{si ricordi che
1065   i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1066   valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo;
1067   dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore
1068   comune.}  
1069
1070 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con una struttura di tipo
1071 \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un tempo
1072 massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la
1073 funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo
1074 (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a zero), qualora si
1075 voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file descriptor.
1076
1077 La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
1078   il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
1079   funzione è recente, ed esistono ancora alcune versioni di Unix che non si
1080   comportano in questo modo.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per
1081 indicare quali sono i file descriptor pronti per le operazioni ad esso
1082 relative, in modo da poterli controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece si
1083 ha un timeout viene restituito un valore nullo e gli insiemi non vengono
1084 modificati.  In caso di errore la funzione restituisce -1, ed i valori dei tre
1085 insiemi sono indefiniti e non si può fare nessun affidamento sul loro
1086 contenuto.
1087
1088 \itindend{file~descriptor~set}
1089
1090 Una volta ritornata la funzione si potrà controllare quali sono i file
1091 descriptor pronti ed operare su di essi, si tenga presente però che si tratta
1092 solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni\footnote{ad esempio
1093   quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono scartati perché
1094   corrotti.} in cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file
1095 descriptor è pronto in lettura, quando una successiva lettura si bloccherebbe.
1096 Per questo quando si usa \textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso
1097 delle funzioni di lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1098
1099 In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
1100 impostandolo al tempo restante, quando la funzione viene interrotta da un
1101 segnale. In tal caso infatti si ha un errore di \errcode{EINTR}, ed occorre
1102 rilanciare la funzione; in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le
1103 volte il tempo rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia
1104 quando si usa codice scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si
1105 usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di questa
1106 caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte.\footnote{in
1107   genere questa caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da
1108   System V e non è disponibile per quelli che derivano da BSD; lo standard
1109   POSIX.1-2001 non permette questo comportamento.}
1110
1111 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1112 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1113 controllo.  Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1114 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1115 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1116 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1117 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1118
1119 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1120 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1121 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1122 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1123 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1124 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni. 
1125
1126 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1127   multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1128 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1129 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1130 vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che sostituisce i
1131 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1132 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1133   l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
1134   2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
1135   \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
1136   senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1137   \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1138   \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1139   maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1140 \begin{prototype}{sys/select.h}
1141   {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
1142     struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1143   
1144   Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1145   attivo.
1146   
1147   \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
1148     descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
1149     caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1150   \begin{errlist}
1151   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1152     degli insiemi.
1153   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1154   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1155     o un valore non valido per \param{timeout}.
1156   \end{errlist}
1157   ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
1158 \end{prototype}
1159
1160 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1161 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1162 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1163 caso di interruzione.\footnote{in realtà la system call di Linux aggiorna il
1164   valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle \acr{glibc} modifica
1165   questo comportamento passando alla system call una variabile locale, in modo
1166   da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che richiede che il valore di
1167   \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre prende un argomento aggiuntivo
1168 \param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si veda
1169 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  La maschera corrente viene sostituita da questa
1170 immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
1171 funzione.
1172
1173 L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1174 \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando ci si deve porre in
1175 attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
1176 utilizzare il gestore per impostare una \index{variabili!globali} variabile
1177 globale e controllare questa nel corpo principale del programma; abbiamo visto
1178 in sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili
1179 \itindex{race~condition} \textit{race condition}, per cui diventa essenziale
1180 utilizzare \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima
1181 di eseguire il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative
1182 operazioni, onde evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il
1183 controllo, che andrebbe perso.
1184
1185 Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
1186 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1187 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1188 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1189 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1190 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1191 qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
1192 se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
1193 interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
1194
1195 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1196 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1197 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1198   kernel 2.6.16, non era presente la relativa system call, e la funzione era
1199   implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man
1200     select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
1201   \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una
1202   soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe
1203     trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes})
1204   ed usare \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare
1205   l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del
1206   gestore dello stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima
1207   della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla
1208   presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così
1209 che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1210 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1211 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1212 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1213 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1214
1215
1216 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1217 \label{sec:file_poll}
1218
1219 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1220 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
1221 interfaccia, basata sulla funzione \funcd{poll},\footnote{la funzione è
1222   prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
1223   call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
1224 cui prototipo è:
1225 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1226   {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
1227   
1228   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1229   descriptor.
1230   
1231   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1232     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1233     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1234   \begin{errlist}
1235   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1236     degli insiemi.
1237   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1238   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1239     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1240   \end{errlist}
1241   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1242 \end{prototype}
1243
1244 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1245 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1246 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1247 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1248 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1249 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1250 immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1251 \textsl{non-bloccante}).
1252
1253 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1254 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1255 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1256 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1257 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1258 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1259 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1260 risultato.  Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
1261 struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
1262 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1263 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1264 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1265
1266 \begin{figure}[!htb]
1267   \footnotesize \centering
1268   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1269     \includestruct{listati/pollfd.h}
1270   \end{minipage} 
1271   \normalsize 
1272   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1273     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1274   \label{fig:file_pollfd}
1275 \end{figure}
1276
1277 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1278 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
1279 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1280 suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
1281 per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
1282 uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
1283 nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore. 
1284
1285 \begin{table}[htb]
1286   \centering
1287   \footnotesize
1288   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1289     \hline
1290     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1291     \hline
1292     \hline
1293     \const{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1294     \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1295     \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1296     \const{POLLPRI}   & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
1297                         urgenti.\\ 
1298     \hline
1299     \const{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1300     \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1301     \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1302     \hline
1303     \const{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1304     \const{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1305     \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1306                         socket.\footnotemark\\ 
1307     \const{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1308     \hline
1309     \const{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1310     \hline    
1311   \end{tabular}
1312   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1313     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1314   \label{tab:file_pollfd_flags}
1315 \end{table}
1316
1317 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1318   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1319   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1320   socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
1321   \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
1322   dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1323
1324 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1325 compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
1326 \textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
1327   presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
1328   delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
1329 costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
1330 \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In Linux la
1331 distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band} dei socket
1332 (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll}
1333 reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
1334 sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1335
1336 Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati
1337 normali e prioritari, vale a dire \const{POLLRDNORM}, \const{POLLWRNORM},
1338 \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND} fanno riferimento alle implementazioni
1339 in stile SysV (in particolare le ultime due non vengono usate su Linux), e
1340 sono utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1341 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di farlo sempre in testa al
1342   file, definirla soltanto prima di includere \file{sys/poll.h} non è
1343   sufficiente.}
1344
1345 In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
1346 positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
1347 o per i quali si è verificato un errore, nel qual caso vengono utilizzati i
1348 valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}. Un
1349 valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
1350 indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
1351 tramite \var{errno}.
1352
1353 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1354 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1355 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1356 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1357 \textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
1358 dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
1359 dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
1360     set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
1361   qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
1362   ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
1363   memoria.}
1364
1365 Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
1366   descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
1367 che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
1368 da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
1369 da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
1370 \func{poll}.
1371
1372 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1373 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1374 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1375 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1376 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1377
1378 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1379 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1380 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1381 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1382 prototipo è:
1383 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1384   {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
1385     const sigset\_t *sigmask)}
1386   
1387   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1388   descriptor.
1389   
1390   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1391     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1392     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1393   \begin{errlist}
1394   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1395     degli insiemi.
1396   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1397   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1398     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1399   \end{errlist}
1400   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1401 \end{prototype}
1402
1403 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1404 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
1405 segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
1406 resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale.  L'uso
1407 di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
1408 manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
1409 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1410
1411 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1412 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1413 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1414 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la system
1415 call che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione viene interrotta
1416 da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come per \func{pselect}
1417 la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera questo
1418 comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout}.\footnote{anche
1419   se in questo caso non esiste nessuno standard che richiede questo
1420   comportamento.}
1421
1422
1423 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1424 \label{sec:file_epoll}
1425
1426 \itindbeg{epoll}
1427
1428 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1429 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1430 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1431   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1432   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1433   \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
1434 questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
1435 da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
1436 numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
1437
1438 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1439 eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
1440   sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
1441 trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
1442 delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1443 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1444 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1445 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1446 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1447 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1448 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1449
1450 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1451 specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
1452   in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
1453 informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
1454 attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
1455 prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
1456 osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
1457 presentano attività.
1458
1459 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1460 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1461   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1462   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1463   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1464 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1465 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1466 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1467 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1468 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1469 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1470 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1471 \textsl{pronto}.
1472
1473 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1474 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1475 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1476 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1477 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1478 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1479 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1480 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1481 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1482
1483 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1484 servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
1485   Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
1486   sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
1487 discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
1488 tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
1489   2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
1490   fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
1491   stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
1492   intorno a tutto ciò e niente di definito.}  \textit{epoll} è in grado di
1493 operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1494
1495 La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
1496 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1497 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
1498   dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
1499   file.} ma poi si è passati all'uso di apposite \textit{system call}.  Il
1500 primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello
1501 ottenere detto file descriptor chiamando una delle funzioni
1502 \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},\footnote{l'interfaccia di
1503   \textit{epoll} è stata inserita nel kernel a partire dalla versione 2.5.44,
1504   ed il supporto è stato aggiunto alle \acr{glibc} 2.3.2.} i cui prototipi
1505 sono:
1506 \begin{functions}
1507   \headdecl{sys/epoll.h}
1508
1509   \funcdecl{int epoll\_create(int size)}
1510   \funcdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1511   
1512   Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
1513   
1514   \bodydesc{Le funzioni restituiscono un file descriptor per \textit{epoll} in
1515     caso di successo, o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1516     assumerà uno dei valori:
1517   \begin{errlist}
1518   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1519     positivo o non valido per \param{flags}.
1520   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1521     nel sistema.
1522   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1523     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1524     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1525   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1526     l'istanza.
1527   \end{errlist}
1528 }
1529 \end{functions}
1530
1531 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor speciale,\footnote{esso
1532   non è associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali
1533   file descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un
1534   socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche
1535 \textit{epoll descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata
1536 dal kernel per gestire la notifica degli eventi. Nel caso di
1537 \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare l'indicazione del
1538 numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto controllo, e costituiva
1539 solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di risorse sufficienti,
1540 non un valore massimo.\footnote{ma a partire dal kernel 2.6.8 esso viene
1541   totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.}
1542
1543 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata
1544 introdotta\footnote{è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.27.} come
1545 estensione della precedente, per poter passare dei flag di controllo come
1546 maschera binaria in fase di creazione del file descriptor. Al momento l'unico
1547 valore legale per \param{flags} (a parte lo zero) è \const{EPOLL\_CLOEXEC},
1548 che consente di impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1549 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} (si veda il significato di
1550 \const{O\_CLOEXEC} in tab.~\ref{tab:file_open_flags}), senza che sia
1551 necessaria una successiva chiamata a \func{fcntl}.
1552
1553 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1554 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1555 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
1556 \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1557 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1558   {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1559   
1560   Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
1561   
1562   \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
1563     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1564   \begin{errlist}
1565   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1566     validi.
1567   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1568     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1569   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1570     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1571     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1572   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1573     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1574   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1575     l'operazione richiesta.
1576   \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
1577   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1578     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1579     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1580   \end{errlist}
1581 }
1582 \end{prototype}
1583
1584 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1585 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1586 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1587 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1588 delle operazioni cui fanno riferimento.
1589
1590 \begin{table}[htb]
1591   \centering
1592   \footnotesize
1593   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1594     \hline
1595     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1596     \hline
1597     \hline
1598     \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1599                              \param{fd} alla lista dei file descriptor
1600                              controllati tramite \param{epfd}, in
1601                              \param{event} devono essere specificate le
1602                              modalità di osservazione.\\
1603     \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1604                              descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1605                              \param{event}.\\
1606     \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1607                              dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1608     \hline    
1609   \end{tabular}
1610   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1611     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1612   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1613 \end{table}
1614
1615 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1616 \textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
1617 una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
1618 file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
1619 un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
1620 file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1621
1622 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1623 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1624 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1625 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1626 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1627 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1628   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1629   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1630   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1631   puntatore valido.}
1632
1633 \begin{figure}[!htb]
1634   \footnotesize \centering
1635   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1636     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1637   \end{minipage} 
1638   \normalsize 
1639   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1640     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1641     \textit{epoll}.}
1642   \label{fig:epoll_event}
1643 \end{figure}
1644
1645 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1646 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1647 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1648 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1649 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1650
1651 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1652 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1653 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1654 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, è una \direct{union}
1655 che serve a identificare il file descriptor a cui si intende fare riferimento,
1656 ed in astratto può contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse
1657 forme) che ne permetta una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo
1658 però è quello in cui si specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl}
1659 nella forma \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo
1660 stesso valore dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata
1661 identificazione del file descriptor.
1662
1663 \begin{table}[htb]
1664   \centering
1665   \footnotesize
1666   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1667     \hline
1668     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1669     \hline
1670     \hline
1671     \const{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1672                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1673     \const{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1674                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1675     \const{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1676                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1677                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1678                           della stessa (vedi
1679                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1680     \const{EPOLLPRI}    & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
1681                           disponibili in lettura (analogo di
1682                           \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1683                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1684                           in ingresso.\\ 
1685     \const{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1686                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1687                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1688                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1689     \const{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1690                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1691                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1692     \const{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1693                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1694     \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1695                           descriptor associato.\footnotemark\\
1696     \hline    
1697   \end{tabular}
1698   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1699     \struct{epoll\_event}.}
1700   \label{tab:epoll_events}
1701 \end{table}
1702
1703 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1704   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo
1705   quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1706
1707 \footnotetext[48]{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel
1708   2.6.2.}
1709
1710 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1711 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
1712 \textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
1713 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
1714   chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
1715   una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
1716   grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
1717   funzione \func{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
1718   le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
1719 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1720 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1721 osservazione.
1722
1723 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1724 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1725 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1726 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  Si tenga
1727 presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
1728 su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
1729 notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
1730
1731 Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
1732 si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1733 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
1734 osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
1735 non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1736
1737 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1738 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1739 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1740 di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
1741   quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
1742 (ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
1743 condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
1744   logica \textit{edge triggered}.} 
1745
1746 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1747 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1748 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1749 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1750 automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
1751   ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
1752 essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
1753 chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1754
1755 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1756 i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
1757 di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1758 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1759   {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
1760     timeout)}
1761   
1762   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
1763   
1764   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1765     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1766     assumerà uno dei valori:
1767   \begin{errlist}
1768   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1769   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1770   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1771     della scadenza di \param{timeout}.
1772   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1773     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1774   \end{errlist}
1775 }
1776 \end{prototype}
1777
1778 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1779 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1780 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1781 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1782 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1783 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1784 con l'argomento \param{maxevents}.
1785
1786 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1787 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1788 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1789 indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
1790   caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
1791 un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
1792 un intero positivo.
1793
1794 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1795 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1796 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1797 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1798 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1799 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1800 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1801 identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
1802   è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
1803
1804 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1805 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1806 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1807 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1808 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1809 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1810 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1811 luce delle modifiche.
1812
1813 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1814 il ritorno di \func{epoll\_wait} indica che un file descriptor è pronto e
1815 resterà tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su
1816 di esso.  Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un
1817 errore di \errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una
1818 \func{write},\footnote{è opportuno ricordare ancora una volta che l'uso
1819   dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui file in modalità non
1820   bloccante.} ma questa non è la sola modalità possibile, ad esempio la
1821 condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono stati
1822 restituiti meno dati di quelli richiesti.
1823
1824 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1825 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1826 contemporaneamente per le osservazioni fatte in sez.~\ref{sec:file_select},
1827 per fare questo di nuovo è necessaria una variante della funzione di attesa
1828 che consenta di reimpostare all'uscita una maschera di segnali, analoga alle
1829 estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che abbiamo visto in precedenza per
1830 \func{select} e \func{poll}; in questo caso la funzione si chiama
1831 \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funziona è stata introdotta a partire dal
1832   kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di \textit{epoll}, specifica di
1833   Linux.} ed il suo prototipo è:
1834 \begin{prototype}{sys/epoll.h} 
1835   {int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1836     int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
1837
1838   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando i
1839   segnali. 
1840
1841   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1842     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1843     assumerà uno dei valori già visti con \funcd{epoll\_wait}.
1844 }
1845 \end{prototype}
1846
1847 La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1848 uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
1849 l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
1850 la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
1851 in maniera atomica:
1852 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1853
1854 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1855 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1856 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1857 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1858 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
1859 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
1860 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
1861
1862 \itindend{epoll}
1863
1864
1865 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
1866 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
1867
1868 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
1869 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
1870 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
1871 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili
1872 \itindex{race~condition} \textit{race condition} sono state introdotte
1873 estensioni dello standard POSIX e funzioni apposite come \func{pselect},
1874 \func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
1875
1876 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
1877 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
1878 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
1879 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
1880 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
1881 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
1882 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
1883 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
1884 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
1885 \textsl{sincrona}, come quelle dell'I/O multiplexing appena illustrate.
1886
1887 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
1888 gli eventi a cui vuole rispondere in maniera sincrona generando le opportune
1889 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
1890 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
1891 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
1892 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
1893 \itindex{race~condition} \textit{race conditions}.\footnote{in sostanza se non
1894   fossero per i segnali non ci sarebbe da doversi preoccupare, fintanto che si
1895   effettuano operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
1896   \index{system~call~lente} system call lente che vengono interrotte e devono
1897   essere riavviate.}
1898
1899 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
1900 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
1901 sincrona dei segnali con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
1902 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
1903 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
1904 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
1905 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
1906 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
1907 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
1908 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
1909 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
1910 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
1911
1912 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
1913 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
1914 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
1915 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
1916 opportuni file descriptor.\footnote{ovviamente si tratta di una funzionalità
1917   specifica di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista
1918   da nessuno standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.}
1919
1920 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
1921 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
1922 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
1923 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
1924 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
1925 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo
1926 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
1927 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
1928 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
1929
1930 La funzione che permette di abilitare la ricezione dei segnali tramite file
1931 descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella riportata è
1932   l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono infatti due
1933   versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
1934   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
1935   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
1936   versione, \func{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
1937   che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
1938   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
1939   maschera dei segnali, il cui valore viene impostato automaticamente dalle
1940   \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
1941 \begin{prototype}{sys/signalfd.h} 
1942   {int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
1943
1944   Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali. 
1945
1946   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
1947     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
1948     dei valori:
1949   \begin{errlist}
1950   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
1951   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
1952     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
1953   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
1954     descriptor di \func{signalfd}.
1955   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
1956     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
1957     descriptor.
1958   \end{errlist}
1959   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
1960 }
1961 \end{prototype}
1962
1963 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
1964 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
1965 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
1966 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
1967 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
1968 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
1969 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
1970 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
1971 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
1972
1973 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
1974 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
1975 puntatore ad una maschera di segnali creata con l'uso delle apposite macro già
1976 illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La maschera deve indicare su quali
1977 segnali si intende operare con \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato
1978 con una successiva chiamata a \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e
1979 \signal{SIGSTOP} non possono essere intercettati (e non prevedono neanche la
1980 possibilità di un gestore) un loro inserimento nella maschera verrà ignorato
1981 senza generare errori. 
1982
1983 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
1984 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
1985 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
1986 impostazione successiva con \func{fcntl}.\footnote{questo è un argomento
1987   aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
1988   per kernel precedenti il valore deve essere nullo.} L'argomento deve essere
1989 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
1990 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
1991
1992 \begin{table}[htb]
1993   \centering
1994   \footnotesize
1995   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1996     \hline
1997     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1998     \hline
1999     \hline
2000     \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2001                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2002     \const{SFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2003                            chiusura automatica del file descriptor nella
2004                            esecuzione di \func{exec}.\\
2005     \hline    
2006   \end{tabular}
2007   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2008     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2009   \label{tab:signalfd_flags}
2010 \end{table}
2011
2012 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2013 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2014 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2015 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2016 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2017 installato in precedenza).\footnote{il blocco non ha invece nessun effetto sul
2018   file descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile
2019   pertanto ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.}
2020 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2021 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2022 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2023 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2024 condizioni di gestione, né da un gestore né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2025
2026 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2027 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2028 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2029 \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2030 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2031
2032 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2033 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2034 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2035 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2036 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2037 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2038 soltanto una volta.\footnote{questo significa che tutti i file descriptor su
2039   cui è presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le
2040   funzioni di \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su
2041   uno di essi il segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non
2042   saranno più disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una
2043   ulteriore occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.}
2044
2045 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2046 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2047 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2048 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2049 imposto con \func{sigprocmask}.
2050
2051 Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
2052 descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
2053 sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2054 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2055 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2056 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2057 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2058 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2059 pendenti attraverso una \func{exec}.
2060
2061 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2062 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2063 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2064 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2065 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2066 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2067 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2068 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2069
2070 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2071 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2072 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2073 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2074 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2075 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2076 successivo con \func{fcntl}.  
2077
2078 \begin{figure}[!htb]
2079   \footnotesize \centering
2080   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
2081     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2082   \end{minipage} 
2083   \normalsize 
2084   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2085     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2086   \label{fig:signalfd_siginfo}
2087 \end{figure}
2088
2089 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2090 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2091 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2092 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2093 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2094 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2095 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2096 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2097 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2098
2099 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
2100 analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2101 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2102 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2103 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2104 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2105   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2106   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2107
2108 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2109 della interfaccia di \itindex{epoll} \textit{epoll}, si è scritto un programma
2110 elementare che stampi sullo standard output sia quanto viene scritto da terzi
2111 su una \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il
2112 codice completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2113 \texttt{FifoReporter.c}).
2114
2115 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2116 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2117 l'uso di \itindex{epoll} \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire
2118 (\texttt{\small 12--16}) dalla definizione delle varie variabili e strutture
2119 necessarie. Al solito si è tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle
2120 opzioni che consentono ad esempio di cambiare il nome del file associato alla
2121 fifo.
2122
2123 \begin{figure}[!htbp]
2124   \footnotesize \centering
2125   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2126     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2127   \end{minipage} 
2128   \normalsize 
2129   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2130     \file{FifoReporter.c}.}
2131   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2132 \end{figure}
2133
2134 Il primo passo (\texttt{\small 19--20}) è la crezione di un file descriptor
2135 \texttt{epfd} di \itindex{epoll} \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è
2136 quello che useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario
2137 disabilitare la ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT},
2138 \signal{SIGQUIT} e \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite
2139 file descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22--25}) in
2140 una maschera di segnali \texttt{sigmask} che useremo con (\texttt{\small 26})
2141 \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la stessa maschera si potrà per
2142 passare all'uso (\texttt{\small 28--29}) di \func{signalfd} per abilitare la
2143 notifica sul file descriptor \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30--33})
2144 dovrà essere aggiunto con \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor
2145 controllati con \texttt{epfd}.
2146
2147 Occorrerà infine (\texttt{\small 35--38}) creare la \textit{named fifo} se
2148 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39--40}); una
2149 volta fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2150 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \itindex{epoll} \textit{epoll} in maniera
2151 del tutto analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei
2152 segnali.
2153
2154 \begin{figure}[!htbp]
2155   \footnotesize \centering
2156   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2157     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2158   \end{minipage} 
2159   \normalsize 
2160   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2161   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2162 \end{figure}
2163
2164 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2165 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2--45}) che si è riportato in
2166 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2167 segnale di \texttt{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2168 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2--3}) la presenza di un file
2169 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait},\footnote{si ricordi che
2170   entrambi i file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in
2171   osservazioni per eventi di tipo \const{EPOLLIN}.} che si bloccherà fintanto
2172 che non siano stati scritti dati sulla fifo o che non sia arrivato un
2173 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2174   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2175   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2176   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2177   programma.}
2178
2179 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2180 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2181 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5--44}) sul numero
2182 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2183 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2184 del file descriptor riconosciuto come pronto.\footnote{controllando cioè a
2185   quale dei due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2186   \var{events[i].data.fd}.}
2187
2188 Il primo condizionale (\texttt{\small 6--24}) è relativo al caso che si sia
2189 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2190 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2191 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2192 una struttura \const{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2193 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8--24}) che prosegue fintanto che vi
2194 siano dati da leggere.
2195
2196 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9--14}) se il valore di
2197 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2198 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2199 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2200 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati.\footnote{si ricordi come
2201   sia la fifo che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2202   modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2203   pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non
2204   vi saranno più dati da leggere.}
2205
2206 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2207 (\texttt{\small 19--20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2208 struttura \const{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf}\footnote{per la
2209   stampa si è usato il vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale
2210   corrisponde il nome del segnale avente il numero corrispondente, la cui
2211   definizione si è omessa dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init}
2212   per brevità.} ed il \textit{pid} del processo da cui lo ha ricevuto; inoltre
2213 (\texttt{\small 21--24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2214 \var{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2215 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2216   fifo}.
2217  
2218 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26--39}) è invece relativo al caso in
2219 cui ci siano dati pronti in lettura sulla fifo e che il file descriptor pronto
2220 corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si effettueranno le
2221 letture in un ciclo (\texttt{\small 28--39}) ripetendole fin tanto che la
2222 funzione \func{read} non resituisce un errore di \errcode{EAGAIN}
2223 (\texttt{\small 29--35}).\footnote{il procedimento è lo stesso adottato per il
2224   file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in caso
2225   di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire si
2226   stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.} Se invece vi
2227 sono dati validi letti dalla fifo si inserirà (\texttt{\small 36}) una
2228 terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il tutto (\texttt{\small
2229   37--38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo condizionale
2230 (\texttt{\small 40--44}) è semplicemente una condizione di cattura per una
2231 eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta alla uscita
2232 dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2233
2234 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2235 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2236 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2237 \begin{Verbatim}
2238 piccardi@hain:~/gapil/sources$ ./a.out 
2239 FifoReporter starting, pid 4568
2240 \end{Verbatim}
2241 %$
2242 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2243 \begin{Verbatim}
2244 root@hain:~# echo prova > /tmp/reporter.fifo  
2245 \end{Verbatim}
2246 si otterrà:
2247 \begin{Verbatim}
2248 Message from fifo:
2249 prova
2250 end message
2251 \end{Verbatim}
2252 mentre inviando un segnale:
2253 \begin{Verbatim}
2254 root@hain:~# kill 4568
2255 \end{Verbatim}
2256 si avrà:
2257 \begin{Verbatim}
2258 Signal received:
2259 Got SIGTERM       
2260 From pid 3361
2261 \end{Verbatim}
2262 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2263 vedrà:
2264 \begin{Verbatim}
2265 ^\Signal received:
2266 Got SIGQUIT       
2267 From pid 0
2268 \end{Verbatim}
2269 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2270 \begin{Verbatim}
2271 ^CSignal received:
2272 Got SIGINT        
2273 From pid 0
2274 SIGINT means exit
2275 \end{Verbatim}
2276
2277
2278 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2279 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2280 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2281 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2282 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2283 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2284 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2285 timer.\footnote{in realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd}
2286   per ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia
2287   semplifica notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola
2288   \textit{system call}.}
2289
2290 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2291 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2292 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2293   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2294   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2295   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2296   supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2297   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2298   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione prevista, quella che
2299 consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui prototipo è:
2300 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2301   {int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2302
2303   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2304
2305   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2306     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2307     dei valori:
2308   \begin{errlist}
2309   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2310     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2311     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2312     precedenti il 2.6.27.
2313   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2314     descriptor di \func{signalfd}.
2315   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2316     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
2317     descriptor.
2318   \end{errlist}
2319   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
2320 }
2321 \end{prototype}
2322
2323 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2324 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2325 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2326 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2327 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2328 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2329 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2330 restituito,\footnote{esso è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27, per
2331   le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve essere
2332 specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2333 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2334
2335 \begin{table}[htb]
2336   \centering
2337   \footnotesize
2338   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2339     \hline
2340     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2341     \hline
2342     \hline
2343     \const{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2344                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2345     \const{TFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2346                            chiusura automatica del file descriptor nella
2347                            esecuzione di \func{exec}.\\
2348     \hline    
2349   \end{tabular}
2350   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2351     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2352     descriptor.}  
2353   \label{tab:timerfd_flags}
2354 \end{table}
2355
2356 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2357 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2358 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2359 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec},\footnote{a
2360   meno che non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2361   \const{TFD\_CLOEXEC}.} e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2362 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2363 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2364 timer impostati con le funzioni ordinarie.\footnote{si ricordi infatti che,
2365   come illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali
2366   pendenti nel padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.}
2367
2368 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2369 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2370 periodicità di ripetizione, per farlo si usa la funzione omologa di
2371 \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2372 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2373 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2374   {int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2375                            const struct itimerspec *new\_value,
2376                            struct itimerspec *old\_value)}
2377
2378   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2379
2380   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2381     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2382     dei valori:
2383   \begin{errlist}
2384   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2385     descriptor. 
2386   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2387     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2388     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2389   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2390     puntatori validi.
2391   \end{errlist}
2392 }
2393 \end{prototype}
2394
2395 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2396 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2397 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2398 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2399 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2400 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2401
2402 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2403 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2404 ripetere quanto detto in quell'occasione;\footnote{per brevità si ricordi che
2405   con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2406   con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.}  l'unica differenza
2407 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2408 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2409 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2410 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e
2411 \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}.\footnote{anche questo valore, che è l'analogo di
2412   \const{TIMER\_ABSTIME} è l'unico attualmente possibile per \param{flags}.}
2413
2414 L'ultima funzione prevista dalla nuova interfaccia è \funcd{timerfd\_gettime},
2415 che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo prototipo è:
2416 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2417   {int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2418
2419   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2420
2421   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2422     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2423     dei valori:
2424   \begin{errlist}
2425   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2426     descriptor. 
2427   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2428     con \func{timerfd\_create}.
2429   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2430   \end{errlist}
2431 }
2432 \end{prototype}
2433
2434
2435
2436
2437
2438 Questo infatti diverrà pronto in lettura per tutte le varie funzioni dell'I/O
2439 multiplexing in presenza di una o più scadenze del timer ad esso associato.
2440
2441 Inoltre sarà possibile ottenere il numero di volte che il timer è scaduto
2442 dalla ultima impostazione
2443
2444 che può essere
2445 usato per leggere le notifiche delle scadenze dei timer. Queste possono essere
2446 ottenute leggendo in maniera ordinaria il file descriptor con una \func{read}, 
2447
2448
2449
2450
2451 % TODO trattare qui eventfd, timerfd introdotte con il 2.6.22 
2452 % timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
2453 % vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
2454 %       http://lwn.net/Articles/245533/
2455 %       http://lwn.net/Articles/267331/
2456
2457
2458 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2459 \label{sec:file_asyncronous_access}
2460
2461 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2462 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2463 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2464 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2465 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2466 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2467 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2468 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2469 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
2470 \textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
2471 operazioni di I/O volute.
2472
2473
2474 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2475 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2476
2477 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2478
2479 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile, attraverso
2480 l'uso del flag \const{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \const{O\_ASYNC} e
2481   dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è
2482   specifico di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è
2483 possibile attivare in un secondo tempo questa modalità impostando questo flag
2484 attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
2485 sez.~\ref{sec:file_fcntl}). In realtà parlare di apertura in modalità
2486 asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura del file
2487 vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che più
2488 propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2489 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2490 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2491 questo modo.  
2492
2493 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità\footnote{si
2494   tenga presente però che essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo
2495   con socket, file di terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal
2496   kernel 2.6, anche per fifo e pipe.} il sistema genera un apposito segnale,
2497 \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa possibile leggere o scrivere dal
2498 file descriptor che si è posto in questa modalità. Inoltre è possibile, come
2499 illustrato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, selezionare con il comando
2500 \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi
2501 dovrà ricevere il segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le
2502 operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la
2503 necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai
2504 file.
2505
2506 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2507
2508 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2509 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2510 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
2511 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2512   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2513   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2514   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2515   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2516 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2517 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2518 buone prestazioni.
2519
2520 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2521 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2522 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2523 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2524 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2525 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2526 verrebbero notificati una volta sola.
2527
2528 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
2529 accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
2530 In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
2531 restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
2532 estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2533 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2534 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2535
2536 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
2537 (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
2538 \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
2539 I/O asincrono (il segnale predefinito è \signal{SIGIO}). In questo caso il
2540 gestore, tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del campo
2541 \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia il
2542   segnale che si è associato all'I/O, ed indica appunto che il segnale è stato
2543   generato a causa di attività di I/O.} di \struct{siginfo\_t}, troverà nel
2544 campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato il segnale.
2545
2546 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
2547 ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
2548 file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella
2549 risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali real-time supportano
2550 anche questa funzionalità. In questo modo si può identificare immediatamente
2551 un file su cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di
2552 funzioni come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura
2553 la coda.
2554
2555 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2556 più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
2557 suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
2558 in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
2559 diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
2560 impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
2561 identica al valore massimo del numero di file descriptor
2562 utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
2563   \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2564   \sysctlfile{fs/file-max}.}
2565
2566 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2567
2568 \itindend{signal~driven~I/O}
2569
2570
2571
2572 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2573 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2574
2575 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2576 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La
2577 risposta\footnote{o meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ
2578   \cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
2579     Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
2580 possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
2581 classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
2582 \textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
2583 motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2584 modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
2585   \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
2586   programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
2587 configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
2588 modifiche.
2589
2590 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2591 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2592 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2593 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2594 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2595 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2596 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2597 lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
2598 nessuna funzionalità di notifica.
2599
2600 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2601 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2602 interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
2603 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2604 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2605 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2606 \itindex{polling} \textit{polling}.
2607
2608 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2609 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2610 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2611 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2612 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2613 sez.~\ref{sec:file_fcntl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2614 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \file{fcntl.h}.
2615
2616 \itindbeg{file~lease} 
2617
2618 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2619 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2620   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2621 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2622 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2623 \textit{lease}.
2624 La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in precedenza per
2625 l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al \textit{lease holder}
2626 il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere modificato usando il
2627 comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}.\footnote{anche in questo caso si
2628   può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}.} Se si è fatto questo\footnote{è
2629   in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per utilizzare segnali
2630   real-time.} e si è installato il gestore del segnale con \const{SA\_SIGINFO}
2631 si riceverà nel campo \var{si\_fd} della struttura \struct{siginfo\_t} il
2632 valore del file descriptor del file sul quale è stato compiuto l'accesso; in
2633 questo modo un processo può mantenere anche più di un \textit{file lease}.
2634
2635 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2636 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2637 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2638 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2639 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2640 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2641
2642 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl} il comando di \func{fcntl} che
2643 consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che viene
2644 utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file descriptor \param{fd}
2645 passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il file su cui si vuole
2646 operare, mentre per indicare il tipo di operazione (acquisizione o rilascio)
2647 occorrerà specificare come valore dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl}
2648 uno dei tre valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2649
2650 \begin{table}[htb]
2651   \centering
2652   \footnotesize
2653   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2654     \hline
2655     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2656     \hline
2657     \hline
2658     \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2659     \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2660     \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2661     \hline    
2662   \end{tabular}
2663   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2664     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2665     \const{F\_GETLEASE}.} 
2666   \label{tab:file_lease_fctnl}
2667 \end{table}
2668
2669 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2670 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2671 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2672 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2673 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2674 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2675
2676 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2677 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2678 (pipe e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non privilegiato
2679 può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
2680 \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2681 privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
2682 \const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
2683 \textit{lease} su qualunque file.
2684
2685 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2686 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2687 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2688   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2689     lease}.} la funzione si blocca\footnote{a meno di non avere aperto il file
2690   con \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore
2691   di \errcode{EWOULDBLOCK}.} e viene eseguita la notifica al \textit{lease
2692   holder}, così che questo possa completare le sue operazioni sul file e
2693 rilasciare il \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si
2694 rilevano i tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un
2695 altro processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i
2696 tentativi di accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di
2697 notifica avvengono solo in fase di apertura del file e non sulle singole
2698 operazioni di lettura e scrittura.
2699
2700 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2701 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2702 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2703 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2704 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2705 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2706 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2707 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2708 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2709 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2710 \const{F\_RDLCK}.
2711
2712 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2713 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2714 \sysctlfile{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
2715 declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
2716   evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
2717   acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
2718 rilasciato o declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal
2719 kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
2720 \textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2721
2722 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2723 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2724 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2725 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2726   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2727   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2728   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2729   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2730 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2731
2732 \itindbeg{dnotify}
2733
2734 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2735 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2736   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2737   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2738   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2739 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2740 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2741 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2742 può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
2743   precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
2744 come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
2745 descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2746 \struct{siginfo\_t}.
2747
2748 \itindend{file~lease}
2749
2750 \begin{table}[htb]
2751   \centering
2752   \footnotesize
2753   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2754     \hline
2755     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2756     \hline
2757     \hline
2758     \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2759                          \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2760     \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2761                          fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2762                          \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2763     \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2764                          l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2765                          \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2766                          \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2767                          directory).\\
2768     \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2769                          l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2770                          (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2771     \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2772                          directory (con \func{rename}).\\
2773     \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2774                          l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2775                          \func{utime}.\\ 
2776     \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2777                          eventi.\\ 
2778     \hline    
2779   \end{tabular}
2780   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2781     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2782   \label{tab:file_notify}
2783 \end{table}
2784
2785 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2786 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2787 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2788 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2789 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2790 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2791 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2792
2793 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2794 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2795 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2796 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2797 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2798 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2799 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2800 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2801 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2802 specificare un valore nullo.
2803
2804 \itindbeg{inotify}
2805
2806 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2807 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2808 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2809 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2810 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2811 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2812 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2813
2814 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2815 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2816 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2817 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2818 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2819 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2820 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2821 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2822 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2823
2824 \itindend{dnotify}
2825
2826 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2827 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2828 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2829   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
2830 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2831 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2832 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2833 di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}.  La
2834 coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
2835 prototipo è:
2836 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2837   {int inotify\_init(void)}
2838   
2839   Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
2840   
2841   \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
2842     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2843   \begin{errlist}
2844   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
2845     \textit{inotify} consentite all'utente.
2846   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
2847     nel sistema.
2848   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
2849     l'istanza.
2850   \end{errlist}
2851 }
2852 \end{prototype}
2853
2854 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
2855 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
2856 effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
2857   di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
2858   istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
2859   questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2860   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
2861 descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
2862 utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
2863 osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
2864 directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
2865 file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
2866 eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
2867   \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
2868   su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
2869
2870 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
2871 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
2872 con l'interfaccia di \textit{epoll};\footnote{ed a partire dal kernel 2.6.25 è
2873   stato introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
2874   \texttt{signal-driven I/O} trattato in
2875   sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}.} siccome gli eventi vengono
2876 notificati come dati disponibili in lettura, dette funzioni ritorneranno tutte
2877 le volte che si avrà un evento di notifica. Così, invece di dover utilizzare i
2878 segnali,\footnote{considerati una pessima scelta dal punto di vista
2879   dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione degli eventi con
2880 una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing} illustrate in
2881 sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare l'osservazione,
2882 sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le risorse allocate
2883 saranno automaticamente rilasciate.
2884
2885 Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
2886 osservazione, oltre che una directory, anche singoli file.  Una volta creata
2887 la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto
2888 osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione}
2889 (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
2890 osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
2891 \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
2892 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2893   {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
2894
2895   Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
2896
2897   \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
2898     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2899   \begin{errlist}
2900   \item[\errcode{EACCESS}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
2901   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
2902     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
2903   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
2904     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
2905   \end{errlist}
2906   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
2907 \end{prototype}
2908
2909 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
2910 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
2911 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
2912 nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
2913   descriptor creato con \func{inotify\_init}.}  Il file o la directory da
2914 porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
2915 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
2916 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
2917 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
2918 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
2919   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
2920   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2921   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
2922 un solo file descriptor.
2923
2924 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
2925 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
2926 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
2927 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
2928 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
2929 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
2930 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
2931 flag della prima parte.
2932
2933 \begin{table}[htb]
2934   \centering
2935   \footnotesize
2936   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
2937     \hline
2938     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
2939     \hline
2940     \hline
2941     \const{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
2942                                           lettura.\\  
2943     \const{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
2944                                           dell'inode (o sugli attributi
2945                                           estesi, vedi
2946                                           sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
2947     \const{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2948                                           scrittura.\\  
2949     \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2950                                           sola lettura.\\
2951     \const{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
2952                                           directory in una directory sotto
2953                                           osservazione.\\  
2954     \const{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
2955                                           directory in una directory sotto
2956                                           osservazione.\\ 
2957     \const{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
2958                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2959     \const{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
2960     \const{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
2961                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2962     \const{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
2963                                           directory sotto osservazione.\\ 
2964     \const{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
2965                                           directory sotto osservazione.\\ 
2966     \const{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
2967     \hline    
2968     \const{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
2969                                           \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
2970                                           \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
2971     \const{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
2972                                           \const{IN\_MOVED\_FROM} e
2973                                           \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
2974     \const{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
2975                                           possibili.\\
2976     \hline    
2977   \end{tabular}
2978   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
2979     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
2980     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
2981   \label{tab:inotify_event_watch}
2982 \end{table}
2983
2984 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
2985 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
2986 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
2987 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
2988   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
2989   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
2990 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
2991 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
2992 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
2993
2994 \begin{table}[htb]
2995   \centering
2996   \footnotesize
2997   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
2998     \hline
2999     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3000     \hline
3001     \hline
3002     \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3003                               link simbolico.\\
3004     \const{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3005                               nell'argomento \param{mask}, invece di
3006                               sovrascriverli.\\
3007     \const{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
3008                               sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
3009                                 list}.\\ 
3010     \const{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3011                               soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3012                               quelli per i file che contiene.\\ 
3013     \hline    
3014   \end{tabular}
3015   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3016     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3017     modalità di osservazione.} 
3018   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3019 \end{table}
3020
3021 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3022 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3023 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3024 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3025 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3026
3027 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3028 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3029 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3030 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3031 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3032 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3033 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3034 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3035 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3036
3037 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3038 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3039   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3040 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3041 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3042 sarà più notificato.
3043
3044 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3045 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3046 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3047 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3048 la eventuale rimozione dello stesso. 
3049
3050 La seconda funzione per la gestione delle code di notifica, che permette di
3051 rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch}, ed il suo
3052 prototipo è:
3053 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
3054   {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3055
3056   Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
3057   
3058   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
3059     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3060   \begin{errlist}
3061   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3062     valido.
3063   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3064     non è associato ad una coda di notifica.
3065   \end{errlist}
3066 }
3067 \end{prototype}
3068
3069 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3070 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3071 \param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
3072   valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
3073   di \errval{EINVAL}.} in caso di successo della rimozione, contemporaneamente
3074 alla cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3075 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3076 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3077 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3078 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3079 \func{inotify\_rm\_watch}.
3080
3081 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3082 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3083 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3084 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3085 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3086 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3087 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3088 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3089
3090 \begin{figure}[!htb]
3091   \footnotesize \centering
3092   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3093     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3094   \end{minipage} 
3095   \normalsize 
3096   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3097     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3098   \label{fig:inotify_event}
3099 \end{figure}
3100
3101 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3102 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3103 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
3104 lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3105 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3106   (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}), che è disponibile solo per i socket e per
3107   i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così utilizzare
3108 questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di lettura con un
3109 buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente il numero di
3110 file che sono cambiati.
3111
3112 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3113 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3114 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3115 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3116 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3117 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3118 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3119 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori
3120 aggiuntivi\footnote{questi compaiono solo nel campo \var{mask} di
3121   \struct{inotify\_event}, e  non utilizzabili in fase di registrazione
3122   dell'osservatore.} di tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}.
3123
3124 \begin{table}[htb]
3125   \centering
3126   \footnotesize
3127   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3128     \hline
3129     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3130     \hline
3131     \hline
3132     \const{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3133                              esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3134                              che in maniera implicita per la rimozione 
3135                              dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3136                              filesystem su cui questo si trova.\\
3137     \const{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3138                              (consente così di distinguere, quando si pone
3139                              sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3140                              relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3141                              essa contiene).\\
3142     \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3143                              eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3144                              caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3145     \const{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3146                              osservazione è stato smontato.\\
3147     \hline    
3148   \end{tabular}
3149   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3150     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3151   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3152 \end{table}
3153
3154 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima specificata dal
3155   parametro di sistema \sysctlfile{fs/inotify/max\_queued\_events} che
3156   indica il numero massimo di eventi che possono essere mantenuti sulla
3157   stessa; quando detto valore viene ecceduto gli ulteriori eventi vengono
3158   scartati, ma viene comunque generato un evento di tipo
3159   \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3160
3161 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3162 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3163 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3164 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3165 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3166
3167 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3168 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3169 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3170 (come pathname relativo alla directory osservata) e la relativa dimensione in
3171 byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa terminata da
3172 NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali necessità di
3173 allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde al totale
3174 della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa con il
3175 nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
3176 \struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
3177 di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
3178   len}.
3179
3180 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3181 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3182 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3183 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3184 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3185 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3186
3187 \begin{figure}[!htbp]
3188   \footnotesize \centering
3189   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3190     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3191   \end{minipage}
3192   \normalsize
3193   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3194   \label{fig:inotify_monitor_example}
3195 \end{figure}
3196
3197 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo principale del
3198 programma inizia controllando (\texttt{\small 11--15}) che sia rimasto almeno
3199 un argomento che indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e
3200 qualora questo non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che
3201 passa (\texttt{\small 16--20}) all'inizializzazione di \textit{inotify}
3202 ottenendo con \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (oppure usce in
3203 caso di errore).
3204
3205 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21--30}) alla coda di
3206 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3207 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3208 (\texttt{\small 22--29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3209 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3210 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3211 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3212 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3213 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3214 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3215
3216 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3217 (\texttt{\small 32--56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3218 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3219 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3220 si saranno verificati eventi. 
3221
3222 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3223 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3224 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3225 approssimativamente 512 eventi.\footnote{si ricordi che la quantità di dati
3226   restituita da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza
3227   del nome del file restituito insieme a \struct{inotify\_event}.} In caso di
3228 errore di lettura (\texttt{\small 35--40}) il programma esce con un messaggio
3229 di errore (\texttt{\small 37--39}), a meno che non si tratti di una
3230 interruzione della system call, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la
3231 lettura.
3232
3233 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3234   43--52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3235 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3236 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3237 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna\footnote{si
3238   noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del puntatore.} alla
3239 variabile \var{event} l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3240 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3241 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3242 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3243 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3244 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3245
3246 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3247 si stampa (\texttt{\small 47--49}); si noti come in questo caso si sia
3248 utilizzato il valore del campo \var{event->len} e non al fatto che
3249 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo.\footnote{l'interfaccia
3250   infatti, qualora il nome non sia presente, non avvalora il campo
3251   \var{event->name}, che si troverà a contenere quello che era precedentemente
3252   presente nella rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il
3253   puntatore al nome di un file osservato in precedenza.} Si utilizza poi
3254 (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che interpreta il valore
3255 del campo \var{event->mask} per stampare il tipo di eventi
3256 accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto non
3257   essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare direttamente
3258   i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si provvede ad
3259 aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento successivo.
3260
3261 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3262 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3263 tipo di:
3264 \begin{verbatim}
3265 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ ./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/
3266 Watch descriptor 1
3267 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3268 IN_OPEN, 
3269 Watch descriptor 1
3270 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3271 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3272 \end{verbatim}
3273
3274 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3275 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3276 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3277 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3278 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3279 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3280 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3281 tale evenienza non si verificherà mai.
3282
3283 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3284 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3285 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3286 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3287 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3288 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3289 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3290 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3291   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3292   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3293   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3294   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3295 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3296 chiamata di \func{read}.
3297
3298 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3299 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3300 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3301 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3302 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3303 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3304 raggruppati in un solo evento.
3305
3306 \itindend{inotify}
3307
3308 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3309 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3310
3311
3312 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3313 \label{sec:file_asyncronous_io}
3314
3315 % vedere anche http://davmac.org/davpage/linux/async-io.html
3316
3317 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3318 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3319   asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
3320 di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
3321 così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad esempio
3322 possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
3323 effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3324
3325 Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
3326 varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
3327 le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente} system call lente), essa è
3328 comunque limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor per le
3329 operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime.  Lo
3330 standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
3331 e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e la
3332 scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3333 normalmente.
3334
3335 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3336 implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
3337 di \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti
3338 esiste una implementazione di questa interfaccia fornita delle \acr{glibc},
3339 che è realizzata completamente in user space, ed è accessibile linkando i
3340 programmi con la libreria \file{librt}. Nelle versioni più recenti (a partire
3341 dalla 2.5.32) è stato introdotto direttamente nel kernel un nuovo layer per
3342 l'I/O asincrono.
3343
3344 Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
3345 attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui nome sta per
3346 \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
3347 tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
3348 \file{aio.h}, è riportata in fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
3349 definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
3350 disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
3351
3352 \begin{figure}[!htb]
3353   \footnotesize \centering
3354   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3355     \includestruct{listati/aiocb.h}
3356   \end{minipage} 
3357   \normalsize 
3358   \caption{La struttura \structd{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
3359     asincrono.}
3360   \label{fig:file_aiocb}
3361 \end{figure}
3362
3363 Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
3364 aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek}, pertanto
3365 terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
3366 contemporanee effettuabili su un singolo file.  Ogni operazione deve
3367 inizializzare opportunamente un \textit{control block}.  Il file descriptor su
3368 cui operare deve essere specificato tramite il campo \var{aio\_fildes}; dato
3369 che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il concetto
3370 di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto si deve sempre
3371 specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione sul file da cui i dati
3372 saranno letti o scritti.  Nel campo \var{aio\_buf} deve essere specificato
3373 l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in \var{aio\_nbytes} la lunghezza
3374 del blocco di dati da trasferire.
3375
3376 Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
3377 di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
3378   piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
3379   le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
3380   \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
3381 partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
3382 cui viene sottratto il valore di questo campo.  Il campo
3383 \var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
3384 come vedremo, permette di eseguire con una sola chiamata una serie di
3385 operazioni, usando un vettore di \textit{control block}. Tramite questo campo
3386 si specifica quale è la natura di ciascuna di esse.
3387
3388 Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
3389 (illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
3390 modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
3391 operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
3392 stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
3393
3394 Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
3395 \funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}.  Esse permettono di richiedere una
3396 lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \struct{aiocb}
3397 appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
3398 \begin{functions}
3399   \headdecl{aio.h}
3400
3401   \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
3402   Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
3403
3404   \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
3405   Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
3406   \param{aiocbp}.
3407   
3408   \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3409     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3410   \begin{errlist}
3411   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
3412   \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3413   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per i campi
3414     \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
3415   \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
3416   \end{errlist}
3417 }
3418 \end{functions}
3419
3420 Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
3421 richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
3422 \errcode{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
3423 potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
3424 scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
3425 il file non sia stato aperto in \itindex{append~mode} \textit{append mode}
3426 (vedi sez.~\ref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
3427 comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
3428
3429 Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
3430 \param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
3431 operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
3432 campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
3433 richiesta.  Questo comporta che non si devono usare per \param{aiocbp}
3434 \index{variabili!automatiche} variabili automatiche e che non si deve
3435 riutilizzare la stessa struttura per un'altra operazione fintanto che la
3436 precedente non sia stata ultimata. In generale per ogni operazione si deve
3437 utilizzare una diversa struttura \struct{aiocb}.
3438
3439 Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
3440 \func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
3441 eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
3442 altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
3443 prima è \funcd{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
3444 errore; il suo prototipo è:
3445 \begin{prototype}{aio.h}
3446   {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}  
3447
3448   Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
3449   \param{aiocbp}.
3450   
3451   \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
3452     successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
3453     fallimento.}
3454 \end{prototype}
3455
3456 Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
3457 \errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
3458 conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
3459 verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
3460 codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
3461 errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
3462 dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
3463 del caso, i codici di errore delle system call \func{read}, \func{write} e
3464 \func{fsync}.
3465
3466 Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
3467 che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
3468 \errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
3469 permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
3470 suo prototipo è:
3471 \begin{prototype}{aio.h}
3472 {ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)} 
3473
3474 Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
3475 \param{aiocbp}.
3476   
3477 \bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
3478   eseguita.}
3479 \end{prototype}
3480
3481 La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
3482 asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
3483 associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
3484 l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
3485 precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
3486
3487 La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
3488 così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
3489 scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}).  É importante chiamare sempre
3490 questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
3491 asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
3492 esaurimento.
3493
3494 Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
3495 disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O,
3496 compiuta dalla funzione \funcd{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
3497 analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
3498 è:
3499 \begin{prototype}{aio.h}
3500 {int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)} 
3501
3502 Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
3503   
3504 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
3505   errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
3506   \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{EINVAL}.}
3507 \end{prototype}
3508
3509 La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
3510 immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
3511 verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
3512 di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
3513 modalità di esecuzione, se si specifica il valore \const{O\_DSYNC} le
3514 operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
3515 specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
3516 sez.~\ref{sec:file_sync}).
3517
3518 Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
3519 allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
3520 relativi ad eventuali operazioni richieste successivamente. Se si è
3521 specificato un meccanismo di notifica questo sarà innescato una volta che le
3522 operazioni di sincronizzazione dei dati saranno completate.
3523
3524 In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
3525 quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo lo
3526 standard POSIX.1b prevede una funzione apposita, \funcd{aio\_cancel}, che
3527 permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
3528 prototipo è:
3529 \begin{prototype}{aio.h}
3530 {int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)} 
3531
3532 Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
3533 da \param{aiocbp}.
3534   
3535 \bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
3536   di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
3537   un valore non valido di \param{fildes}, imposta \var{errno} al valore
3538   \errval{EBADF}.}
3539 \end{prototype}
3540
3541 La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
3542 \param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \val{NULL} come
3543 valore di \param{aiocbp}.  Quando una operazione viene cancellata una
3544 successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà \errcode{ECANCELED} come
3545 codice di errore, ed il suo codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo
3546 di notifica non verrà invocato. Se si specifica una operazione relativa ad un
3547 altro file descriptor il risultato è indeterminato.  In caso di successo, i
3548 possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} (anch'essi definiti in
3549 \file{aio.h}) sono tre:
3550 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
3551 \item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
3552   cancellazione sono state già completate,
3553   
3554 \item[\const{AIO\_CANCELED}] indica che tutte le operazioni richieste sono
3555   state cancellate,  
3556   
3557 \item[\const{AIO\_NOTCANCELED}] indica che alcune delle operazioni erano in
3558   corso e non sono state cancellate.
3559 \end{basedescript}
3560
3561 Nel caso si abbia \const{AIO\_NOTCANCELED} occorrerà chiamare
3562 \func{aio\_error} per determinare quali sono le operazioni effettivamente
3563 cancellate. Le operazioni che non sono state cancellate proseguiranno il loro
3564 corso normale, compreso quanto richiesto riguardo al meccanismo di notifica
3565 del loro avvenuto completamento.
3566
3567 Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, l'interfaccia
3568 fornisce anche una apposita funzione, \funcd{aio\_suspend}, che permette di
3569 sospendere l'esecuzione del processo chiamante fino al completamento di una
3570 specifica operazione; il suo prototipo è:
3571 \begin{prototype}{aio.h}
3572 {int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, const struct
3573     timespec *timeout)}
3574   
3575   Attende, per un massimo di \param{timeout}, il completamento di una delle
3576   operazioni specificate da \param{list}.
3577   
3578   \bodydesc{La funzione restituisce 0 se una (o più) operazioni sono state
3579     completate, e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
3580     dei valori:
3581     \begin{errlist}
3582     \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
3583       \param{timeout}.
3584     \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3585     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
3586     \end{errlist}
3587   }
3588 \end{prototype}
3589
3590 La funzione permette di bloccare il processo fintanto che almeno una delle
3591 \param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è completata, per
3592 un tempo massimo specificato da \param{timout}, o fintanto che non arrivi un
3593 segnale.\footnote{si tenga conto che questo segnale può anche essere quello
3594   utilizzato come meccanismo di notifica.} La lista deve essere inizializzata
3595 con delle strutture \struct{aiocb} relative ad operazioni effettivamente
3596 richieste, ma può contenere puntatori nulli, che saranno ignorati. In caso si
3597 siano specificati valori non validi l'effetto è indefinito.  Un valore
3598 \val{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout.
3599
3600 Lo standard POSIX.1b infine ha previsto pure una funzione, \funcd{lio\_listio},
3601 che permette di effettuare la richiesta di una intera lista di operazioni di
3602 lettura o scrittura; il suo prototipo è:
3603 \begin{prototype}{aio.h}
3604   {int lio\_listio(int mode, struct aiocb * const list[], int nent, struct
3605     sigevent *sig)}
3606   
3607   Richiede l'esecuzione delle operazioni di I/O elencata da \param{list},
3608   secondo la modalità \param{mode}.
3609   
3610   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3611     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3612     \begin{errlist}
3613     \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
3614       \param{timeout}.
3615     \item[\errcode{EINVAL}] si è passato un valore di \param{mode} non valido
3616       o un numero di operazioni \param{nent} maggiore di
3617       \const{AIO\_LISTIO\_MAX}.
3618     \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3619     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
3620     \end{errlist}
3621   }
3622 \end{prototype}
3623
3624 La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate nella
3625 lista \param{list} che deve contenere gli indirizzi di altrettanti
3626 \textit{control block} opportunamente inizializzati; in particolare dovrà
3627 essere specificato il tipo di operazione con il campo \var{aio\_lio\_opcode},
3628 che può prendere i valori:
3629 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
3630 \item[\const{LIO\_READ}]  si richiede una operazione di lettura.
3631 \item[\const{LIO\_WRITE}] si richiede una operazione di scrittura.
3632 \item[\const{LIO\_NOP}] non si effettua nessuna operazione.
3633 \end{basedescript}
3634 dove \const{LIO\_NOP} viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
3635 dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si
3636 sono dovute cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per
3637 quelle non completate.
3638
3639 L'argomento \param{mode} controlla il comportamento della funzione, se viene
3640 usato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si blocca fino al completamento
3641 di tutte le operazioni richieste; se si usa \const{LIO\_NOWAIT} la funzione
3642 ritorna immediatamente dopo aver messo in coda tutte le richieste. In tal caso
3643 il chiamante può richiedere la notifica del completamento di tutte le
3644 richieste, impostando l'argomento \param{sig} in maniera analoga a come si fa
3645 per il campo \var{aio\_sigevent} di \struct{aiocb}.
3646
3647
3648 \section{Altre modalità di I/O avanzato}
3649 \label{sec:file_advanced_io}
3650
3651 Oltre alle precedenti modalità di \textit{I/O multiplexing} e \textsl{I/O
3652   asincrono}, esistono altre funzioni che implementano delle modalità di
3653 accesso ai file più evolute rispetto alle normali funzioni di lettura e
3654 scrittura che abbiamo esaminato in sez.~\ref{sec:file_base_func}. In questa
3655 sezione allora prenderemo in esame le interfacce per l'\textsl{I/O mappato in
3656   memoria}, per l'\textsl{I/O vettorizzato} e altre funzioni di I/O avanzato.
3657
3658
3659 \subsection{File mappati in memoria}
3660 \label{sec:file_memory_map}
3661
3662 \itindbeg{memory~mapping}
3663 Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
3664 rispetto a quella classica vista in cap.~\ref{cha:file_unix_interface}, è il
3665 cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
3666 \textsl{paginazione} \index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
3667 sez.~\ref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
3668 file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo che lo ha allocato.
3669
3670 \begin{figure}[htb]
3671   \centering
3672   \includegraphics[width=12cm]{img/mmap_layout}
3673   \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
3674   mappatura in memoria di un file.}
3675   \label{fig:file_mmap_layout}
3676 \end{figure}
3677
3678 Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
3679 file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
3680 programma.  Tutte le operazioni di lettura e scrittura su variabili contenute
3681 in questa zona di memoria verranno eseguite leggendo e scrivendo dal contenuto
3682 del file attraverso il sistema della memoria virtuale \index{memoria~virtuale}
3683 che in maniera analoga a quanto avviene per le pagine che vengono salvate e
3684 rilette nella swap, si incaricherà di sincronizzare il contenuto di quel
3685 segmento di memoria con quello del file mappato su di esso.  Per questo motivo
3686 si può parlare tanto di \textsl{file mappato in memoria}, quanto di
3687 \textsl{memoria mappata su file}.
3688
3689 L'uso del \textit{memory-mapping} comporta una notevole semplificazione delle
3690 operazioni di I/O, in quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer
3691 intermedi su cui appoggiare i dati da traferire, poiché questi potranno essere
3692 acceduti direttamente nella sezione di memoria mappata; inoltre questa
3693 interfaccia è più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette
3694 di caricare in memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad
3695 un dato istante.
3696
3697 Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la
3698 \index{memoria~virtuale} memoria virtuale, la sezione di memoria mappata su
3699 cui si opera sarà a sua volta letta o scritta sul file una pagina alla volta e
3700 solo per le parti effettivamente usate, il tutto in maniera completamente
3701 trasparente al processo; l'accesso alle pagine non ancora caricate avverrà
3702 allo stesso modo con cui vengono caricate in memoria le pagine che sono state
3703 salvate sullo swap.
3704
3705 Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un file
3706 vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi vengono
3707 scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni il cui
3708 solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
3709 memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
3710
3711 L'interfaccia POSIX implementata da Linux prevede varie funzioni per la
3712 gestione del \textit{memory mapped I/O}, la prima di queste, che serve ad
3713 eseguire la mappatura in memoria di un file, è \funcd{mmap}; il suo prototipo
3714 è:
3715 \begin{functions}
3716   
3717   \headdecl{unistd.h}
3718   \headdecl{sys/mman.h} 
3719
3720   \funcdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
3721     fd, off\_t offset)}
3722   
3723   Esegue la mappatura in memoria della sezione specificata del file \param{fd}.
3724   
3725   \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
3726     in caso di successo, e \const{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
3727     qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3728     \begin{errlist}
3729     \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor non è valido, e non si è usato
3730       \const{MAP\_ANONYMOUS}.
3731     \item[\errcode{EACCES}] o \param{fd} non si riferisce ad un file regolare,
3732       o si è usato \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è aperto in lettura,
3733       o si è usato \const{MAP\_SHARED} e impostato \const{PROT\_WRITE} ed
3734       \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o si è impostato
3735       \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in \textit{append-only}.
3736     \item[\errcode{EINVAL}] i valori di \param{start}, \param{length} o
3737       \param{offset} non sono validi (o troppo grandi o non allineati sulla
3738       dimensione delle pagine).
3739     \item[\errcode{ETXTBSY}] si è impostato \const{MAP\_DENYWRITE} ma
3740       \param{fd} è aperto in scrittura.
3741     \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria
3742       rispetto a quanto consentito dai limiti di sistema (vedi
3743       sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
3744     \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria o si è superato il limite sul
3745       numero di mappature possibili.
3746     \item[\errcode{ENODEV}] il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
3747       mapping.
3748     \item[\errcode{EPERM}] l'argomento \param{prot} ha richiesto
3749       \const{PROT\_EXEC}, ma il filesystem di \param{fd} è montato con
3750       l'opzione \texttt{noexec}.
3751     \item[\errcode{ENFILE}] si è superato il limite del sistema sul numero di
3752       file aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
3753     \end{errlist}
3754   }
3755 \end{functions}
3756
3757 La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
3758 partire da \param{offset} per \param{length} byte, preferibilmente
3759 all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
3760 multiplo della dimensione di una pagina di memoria. 
3761
3762 \begin{table}[htb]
3763   \centering
3764   \footnotesize
3765   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3766     \hline
3767     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3768     \hline
3769     \hline
3770     \const{PROT\_EXEC}  & Le pagine possono essere eseguite.\\
3771     \const{PROT\_READ}  & Le pagine possono essere lette.\\
3772     \const{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
3773     \const{PROT\_NONE}  & L'accesso alle pagine è vietato.\\
3774     \hline    
3775   \end{tabular}
3776   \caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
3777     protezione applicate alle pagine del file mappate in memoria.}
3778   \label{tab:file_mmap_prot}
3779 \end{table}
3780
3781 Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{come
3782   accennato in sez.~\ref{sec:proc_memory} in Linux la memoria reale è divisa
3783   in pagine: ogni processo vede la sua memoria attraverso uno o più segmenti
3784   lineari di memoria virtuale.  Per ciascuno di questi segmenti il kernel
3785   mantiene nella \itindex{page~table} \textit{page table} la mappatura sulle
3786   pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura, esecuzione,
3787   scrittura); una loro violazione causa quella una \itindex{segment~violation}
3788   \textit{segment violation}, e la relativa emissione del segnale
3789   \signal{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria e deve essere
3790 specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori
3791 riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}; il valore specificato deve essere
3792 compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il file.
3793
3794 L'argomento \param{flags} specifica infine qual è il tipo di oggetto mappato,
3795 le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
3796 modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
3797 mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
3798 come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
3799 tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}.
3800
3801 \begin{table}[htb]
3802   \centering
3803   \footnotesize
3804   \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
3805     \hline
3806     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3807     \hline
3808     \hline
3809     \const{MAP\_FIXED}     & Non permette di restituire un indirizzo diverso
3810                              da \param{start}, se questo non può essere usato
3811                              \func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
3812                              valore di \param{start} deve essere allineato
3813                              alle dimensioni di una pagina.\\
3814     \const{MAP\_SHARED}    & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
3815                              riportati sul file e saranno immediatamente
3816                              visibili agli altri processi che mappano lo stesso
3817                              file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
3818                              aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
3819                              \func{munmap}), e solo allora le modifiche saranno
3820                              visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
3821                              con \const{MAP\_PRIVATE}.\\ 
3822     \const{MAP\_PRIVATE}   & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
3823                              riportati sul file. Ne viene fatta una copia
3824                              privata cui solo il processo chiamante ha
3825                              accesso.  Le modifiche sono mantenute attraverso
3826                              il meccanismo del \textit{copy on
3827                                write} \itindex{copy~on~write} e 
3828                              salvate su swap in caso di necessità. Non è
3829                              specificato se i cambiamenti sul file originale
3830                              vengano riportati sulla regione
3831                              mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}.\\
3832     \const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
3833                              \textit{DoS} \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
3834                              (veniva usato per segnalare che tentativi di
3835                              scrittura sul file dovevano fallire con
3836                              \errcode{ETXTBSY}).\\ 
3837     \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato.\\
3838     \const{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \const{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
3839                              delle pagine di swap ad uso del meccanismo del
3840                              \textit{copy on write} \itindex{copy~on~write}
3841                              per mantenere le
3842                              modifiche fatte alla regione mappata, in
3843                              questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
3844                              memoria disponibile, si ha l'emissione di
3845                              un \signal{SIGSEGV}.\\
3846     \const{MAP\_LOCKED}    & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
3847                              mappate.\\
3848     \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} \textit{stack}. 
3849                              Indica che la mappatura deve essere effettuata 
3850                              con gli indirizzi crescenti verso il basso.\\
3851     \const{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
3852                              argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
3853                              ignorati.\footnotemark\\
3854     \const{MAP\_ANON}      & Sinonimo di \const{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
3855     \const{MAP\_FILE}      & Valore di compatibilità, ignorato.\\
3856     \const{MAP\_32BIT}     & Esegue la mappatura sui primi 2Gb dello spazio
3857                              degli indirizzi, viene supportato solo sulle
3858                              piattaforme \texttt{x86-64} per compatibilità con
3859                              le applicazioni a 32 bit. Viene ignorato se si è
3860                              richiesto \const{MAP\_FIXED}.\\
3861     \const{MAP\_POPULATE}  & Esegue il \itindex{prefaulting}
3862                              \textit{prefaulting} delle pagine di memoria
3863                              necessarie alla mappatura.\\
3864     \const{MAP\_NONBLOCK}  & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
3865                              non causa I/O.\footnotemark\\
3866 %     \const{MAP\_DONTEXPAND}& Non consente una successiva espansione dell'area
3867 %                              mappata con \func{mremap}, proposto ma pare non
3868 %                              implementato.\\
3869     \hline
3870   \end{tabular}
3871   \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
3872   \label{tab:file_mmap_flag}
3873 \end{table}
3874
3875 \footnotetext[68]{dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
3876   memoria.}  
3877
3878 \footnotetext[69]{l'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è stato
3879   implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x; esso consente
3880   di creare segmenti di memoria condivisa e torneremo sul suo utilizzo in
3881   sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}.}
3882
3883 \footnotetext{questo flag ed il precedente \const{MAP\_POPULATE} sono stati
3884   introdotti nel kernel 2.5.46 insieme alla mappatura non lineare di cui
3885   parleremo più avanti.}
3886
3887 Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
3888 piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
3889 tutto quanto è comunque basato sul meccanismo della \index{memoria~virtuale}
3890 memoria virtuale. Questo comporta allora una serie di conseguenze. La più
3891 ovvia è che se si cerca di scrivere su una zona mappata in sola lettura si
3892 avrà l'emissione di un segnale di violazione di accesso (\signal{SIGSEGV}),
3893 dato che i permessi sul segmento di memoria relativo non consentono questo
3894 tipo di accesso.
3895
3896 È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
3897 regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
3898 ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
3899 questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
3900 \index{paginazione} paginazione, la mappatura in memoria non può che essere
3901 eseguita su un segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una
3902 pagina, ed in generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni
3903 effettive del file o della sezione che si vuole mappare.
3904
3905 \begin{figure}[!htb] 
3906   \centering
3907   \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_boundary}
3908   \caption{Schema della mappatura in memoria di una sezione di file di
3909     dimensioni non corrispondenti al bordo di una pagina.}
3910   \label{fig:file_mmap_boundary}
3911 \end{figure}
3912
3913 Il caso più comune è quello illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_boundary},
3914 in cui la sezione di file non rientra nei confini di una pagina: in tal caso
3915 verrà il file sarà mappato su un segmento di memoria che si estende fino al
3916 bordo della pagina successiva.
3917
3918 In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
3919 dimensioni specificate da \param{length}, senza ottenere un \signal{SIGSEGV}
3920 poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
3921 mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
3922 valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
3923 scritto.
3924
3925 Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
3926 file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
3927 file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
3928 quella della mappatura in memoria.
3929
3930 In questa situazione, per la sezione di pagina parzialmente coperta dal
3931 contenuto del file, vale esattamente quanto visto in precedenza; invece per la
3932 parte che eccede, fino alle dimensioni date da \param{length}, l'accesso non
3933 sarà più possibile, ma il segnale emesso non sarà \signal{SIGSEGV}, ma
3934 \signal{SIGBUS}, come illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_exceed}.
3935
3936 Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
3937 in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
3938 biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
3939 comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
3940 relativi a pipe, socket e fifo, per i quali non ha senso parlare di
3941 \textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di dispositivo, che non
3942 dispongono della relativa operazione \func{mmap} (si ricordi quanto esposto in
3943 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente però che esistono anche casi
3944 di dispositivi (un esempio è l'interfaccia al ponte PCI-VME del chip Universe)
3945 che sono utilizzabili solo con questa interfaccia.
3946
3947 \begin{figure}[htb]
3948   \centering
3949   \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_exceed}
3950   \caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
3951     alla lunghezza richiesta.}
3952   \label{fig:file_mmap_exceed}
3953 \end{figure}
3954
3955 Dato che passando attraverso una \func{fork} lo spazio di indirizzi viene
3956 copiato integralmente, i file mappati in memoria verranno ereditati in maniera
3957 trasparente dal processo figlio, mantenendo gli stessi attributi avuti nel
3958 padre; così se si è usato \const{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
3959 stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \const{MAP\_PRIVATE}
3960 ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
3961 invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
3962 sostituisce tutto lo spazio degli indirizzi di un processo con quello di un
3963 nuovo programma.
3964
3965 Quando si effettua la mappatura di un file vengono pure modificati i tempi ad
3966 esso associati (di cui si è trattato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). Il
3967 valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
3968 dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
3969 una pagina mappata su un file aggiorna questo tempo.  I valori di
3970 \var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
3971 consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
3972 \const{PROT\_WRITE} e \const{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura
3973 o in corrispondenza di una eventuale \func{msync}.
3974
3975 Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
3976 direttamente dalla \index{memoria~virtuale}memoria virtuale, occorre essere
3977 consapevoli delle interazioni che possono esserci con operazioni effettuate
3978 con l'interfaccia standard dei file di cap.~\ref{cha:file_unix_interface}. Il
3979 problema è che una volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e
3980 scrittura saranno eseguite sulla memoria, e riportate su disco in maniera
3981 autonoma dal sistema della memoria virtuale.
3982
3983 Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
3984 potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
3985 virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
3986 del tutto imprevedibile il risultato della modifica di un file nei confronti
3987 del contenuto della memoria su cui è mappato.
3988
3989 Per questo, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file attraverso
3990 l'interfaccia standard quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
3991 usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria, purché si
3992 abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in memoria mette
3993 a disposizione la funzione \funcd{msync} per sincronizzare il contenuto della
3994 memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
3995 \begin{functions}  
3996   \headdecl{unistd.h}
3997   \headdecl{sys/mman.h} 
3998
3999   \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
4000   
4001   Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
4002   
4003   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
4004     errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
4005     \begin{errlist}
4006     \item[\errcode{EINVAL}] o \param{start} non è multiplo di
4007       \const{PAGE\_SIZE}, o si è specificato un valore non valido per
4008       \param{flags}.
4009     \item[\errcode{EFAULT}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
4010       precedentemente mappata.
4011     \end{errlist}
4012   }
4013 \end{functions}
4014
4015 La funzione esegue la sincronizzazione di quanto scritto nella sezione di
4016 memoria indicata da \param{start} e \param{offset}, scrivendo le modifiche sul
4017 file (qualora questo non sia già stato fatto).  Provvede anche ad aggiornare i
4018 relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
4019 di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
4020 del file aggiornato.
4021
4022
4023 \begin{table}[htb]
4024   \centering
4025   \footnotesize
4026   \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
4027     \hline
4028     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4029     \hline
4030     \hline
4031     \const{MS\_SYNC}       & richiede una sincronizzazione e ritorna soltanto
4032                              quando questa è stata completata.\\
4033     \const{MS\_ASYNC}      & richiede una sincronizzazione, ma ritorna subito 
4034                              non attendendo che questa sia finita.\\
4035     \const{MS\_INVALIDATE} & invalida le pagine per tutte le mappature
4036                              in memoria così da rendere necessaria una
4037                              rilettura immediata delle stesse.\\
4038     \hline
4039   \end{tabular}
4040   \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
4041   \label{tab:file_mmap_msync}
4042 \end{table}
4043
4044 L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
4045 dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_msync}, di questi però
4046 \const{MS\_ASYNC} e \const{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
4047 infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
4048 meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
4049 attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
4050 flag fa sì che vengano invalidate, per tutte le mappature dello stesso file,
4051 le pagine di cui si è richiesta la sincronizzazione, così che esse possano
4052 essere immediatamente aggiornate con i nuovi valori.
4053
4054 Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
4055 mappatura della memoria usando la funzione \funcd{munmap}, il suo prototipo è:
4056 \begin{functions}  
4057   \headdecl{unistd.h}
4058   \headdecl{sys/mman.h} 
4059
4060   \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
4061   
4062   Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
4063
4064   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
4065     errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
4066     \begin{errlist}
4067     \item[\errcode{EINVAL}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
4068       precedentemente mappata.
4069     \end{errlist}
4070   }
4071 \end{functions}
4072
4073 La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato con
4074 \param{start} e \param{length}; ogni successivo accesso a tale regione causerà
4075 un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
4076 allineato alle dimensioni di una pagina, e la mappatura di tutte le pagine
4077 contenute anche parzialmente nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
4078 Indicare un intervallo che non contiene mappature non è un errore.  Si tenga
4079 presente inoltre che alla conclusione di un processo ogni pagina mappata verrà
4080 automaticamente rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per
4081 il \textit{memory mapping} non ha alcun effetto su di esso.
4082
4083 Lo standard POSIX prevede anche una funzione che permetta di cambiare le
4084 protezioni delle pagine di memoria; lo standard prevede che essa si applichi
4085 solo ai \textit{memory mapping} creati con \func{mmap}, ma nel caso di Linux
4086 la funzione può essere usata con qualunque pagina valida nella memoria
4087 virtuale. Questa funzione è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
4088 \begin{functions}  
4089 %  \headdecl{unistd.h}
4090   \headdecl{sys/mman.h} 
4091
4092   \funcdecl{int mprotect(const void *addr, size\_t len, int prot)}
4093   
4094   Modifica le protezioni delle pagine di memoria comprese nell'intervallo
4095   specificato.
4096
4097   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
4098     errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
4099     \begin{errlist}
4100     \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{addr} non è valido o non è un
4101       multiplo di \const{PAGE\_SIZE}.
4102     \item[\errcode{EACCESS}] l'operazione non è consentita, ad esempio si è
4103       cercato di marcare con \const{PROT\_WRITE} un segmento di memoria cui si
4104       ha solo accesso in lettura.
4105 %     \item[\errcode{ENOMEM}] non è stato possibile allocare le risorse
4106 %       necessarie all'interno del kernel.
4107 %     \item[\errcode{EFAULT}] si è specificato un indirizzo di memoria non
4108 %       accessibile.
4109     \end{errlist}
4110     ed inoltre \errval{ENOMEM} ed \errval{EFAULT}.
4111   } 
4112 \end{functions}
4113
4114
4115 La funzione prende come argomenti un indirizzo di partenza in \param{addr},
4116 allineato alle dimensioni delle pagine di memoria, ed una dimensione
4117 \param{size}. La nuova protezione deve essere specificata in \param{prot} con
4118 una combinazione dei valori di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}.  La nuova
4119 protezione verrà applicata a tutte le pagine contenute, anche parzialmente,
4120 dall'intervallo fra \param{addr} e \param{addr}+\param{size}-1.
4121
4122 Infine Linux supporta alcune operazioni specifiche non disponibili su altri
4123 kernel unix-like. La prima di queste è la possibilità di modificare un
4124 precedente \textit{memory mapping}, ad esempio per espanderlo o restringerlo.
4125 Questo è realizzato dalla funzione \funcd{mremap}, il cui prototipo è:
4126 \begin{functions}  
4127   \headdecl{unistd.h}
4128   \headdecl{sys/mman.h} 
4129
4130   \funcdecl{void * mremap(void *old\_address, size\_t old\_size , size\_t
4131     new\_size, unsigned long flags)}
4132   
4133   Restringe o allarga una mappatura in memoria di un file.
4134
4135   \bodydesc{La funzione restituisce l'indirizzo alla nuova area di memoria in
4136     caso di successo od il valore \const{MAP\_FAILED} (pari a \texttt{(void *)
4137       -1}) in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
4138     valori: