fileadv.tex

   1 \chapter{La gestione avanzata dei file}
   2 \label{cha:file_advanced}
   3
   4 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
   5 dei file, che non sono state trattate in \capref{cha:file_unix_interface},
   6 dove ci si è limitati ad una panoramica delle funzioni base. In particolare
   7 tratteremo delle funzioni di input/output avanzato e del \textit{file
   8   locking}.
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  11 \section{Le funzioni di I/O avanzato}
  12 \label{sec:file_advanced_io}
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  14 In questa sezione esamineremo le funzioni che permettono una gestione più
  15 sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle che permettono di gestire
  16 l'accesso contemporaneo a più file, per concludere con la gestione dell'I/O
  17 mappato in memoria.
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  20 \subsection{La modalità di I/O \textsl{non-bloccante}}
  21 \label{sec:file_noblocking}
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  23 Abbiamo visto in \secref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
  24 \textit{fast} e \textit{slow} system call, che in certi casi le funzioni di
  25 I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si ricordi però che questo può
  26   accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni file di dispositivo; sui file
  27   normali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito.}  Ad
  28 esempio le operazioni di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati
  29 disponibili sul descrittore su cui si sta operando.
  30
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  32 Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
  33 affrontare nelle operazioni di I/O, che è quello che si verifica quando si
  34 devono eseguire operazioni che possono bloccarsi su più file descriptor:
  35 mentre si è bloccati su uno di questi file su di un'altro potrebbero essere
  36 presenti dei dati, così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura
  37 ritardata inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un
  38 deadlock.
  39
  40 Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che però è possibile prevenire
  41 questo tipo di comportamento aprendo un file in modalità
  42 \textsl{non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \macro{O\_NONBLOCK} nella
  43 chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output che
  44 altrimenti si sarebbero bloccate ritornano immediatamente, restituendo
  45 l'errore \macro{EAGAIN}.
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  47 L'utilizzo di questa modalità di I/O permette di risolvere il problema
  48 controllando a turno i vari file descriptor, in un ciclo in cui si ripete
  49 l'accesso fintanto che esso non viene garantito.  Ovviamente questa tecnica,
  50 detta \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
  51 impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle system call che
  52 nella gran parte dei casi falliranno. Per evitare questo, come vedremo in
  53 \secref{sec:file_multiplexing}, è stata introdotta una nuova interfaccia di
  54 programmazione, che comporta comunque l'uso della modalità di I/O non
  55 bloccante.
  56
  57 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{select}}
  58 \label{sec:file_multiplexing}
  59
  60 Per superare il problema di dover usare il \textit{polling} controllare la
  61 disponibilità di accesso ad un file aperto in modalità non bloccante, sia BSD
  62 che SysV hanno introdotto delle nuove funzioni in grado di sospendere
  63 l'esecuzione di un processo fino a che l'accesso diventi possibile; il primo
  64 ad introdurre questa nuova interfaccia, chiamata usualmente \textit{I/O
  65   multiplexing}, è stato BSD, con l'introduzione della funzione \func{select},
  66 il cui prototipo è:
  67 \begin{prototype}{sys/select.h}
  68   {int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
  69     struct timeval *timeout)}
  70
  71 Attende che un certo insieme di file descriptor cambi stato.
  72
  73 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor, anche nullo,
  74   che hanno cambiato stato in caso di successo e -1 in caso di errore, nel
  75   qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
  76   \begin{errlist}
  77   \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
  78   degeli insiemi.
  79   \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
  80   \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
  81   \end{errlist}
  82   ed inoltre \macro{ENOMEM}.
  83 }
  84 \end{prototype}
  85
  86 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
  87 \ref{tab:proc_proc_states})
  88
  89
  90
  91 il cui prototipo è:
  92 \begin{prototype}{sys/poll.h}
  93   {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
  94
  95 La funzione attente un cambiamento di stato per uno dei file descriptor
  96 specificati da \param{ufds}.
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  98 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività in
  99   caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout; in caso di errore viene
 100   restituito  -1 ed \var{errno} viene .}
 101 \end{prototype}
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 106 \subsection{L'I/O asincrono}
 107 \label{sec:file_asyncronous_io}
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 109 Una modalità alternativa all'uso dell'I/O non bloccante è quella di fare
 110 ricorso all'I/O asincrono. Abbiamo accennato in \secref{sec:file_open} che è
 111 possibile, attraverso l'uso del flag \macro{O\_ASYNC}, aprire un file in
 112 modalità asincrona, così come è possibile settare questo flag attraverso l'uso
 113 di \func{fcntl}.
 114
 115 In tal caso il sistema genera un segnale \macro{SIGIO} tutte le volte che sono
 116 presenti dei dati in input su un file aperto in questa modalità.  Uno dei
 117 problemi che si presentavano con le prime implementazioni di questa modalità
 118 di I/O è che essa poteva essere usata in maniera semplice aprendo un solo file
 119 per processo, dato che altrimenti si sarebbe dovuto provvedere ad effettuare
 120 una serie di controlli su tutti i file aperti per distinguere a quale fosse
 121 dovuto l'emissione del segnale.
 122
 123 Tutto questo adesso può essere evitato facendo ricorso alle informazioni
 124 restituite al manipolatore del segnale attraverso la struttura
 125 \var{siginfo\_t} (vedi \figref{fig:sig_siginfo_t}), il cui campo \var{si\_fd}
 126 riporta il file descriptor che ha generato il segnale.
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 129
 130 \subsection{File mappati in memoria}
 131 \label{sec:file_memory_map}
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 134 \subsection{I/O multiplo}
 135 \label{sec:file_multiple_io}
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 139 \section{Il file locking}
 140 \label{sec:file_locking}
 141
 142 In \secref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le mosalità in cui un
 143 sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
 144 diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
 145 in \textit{append mode}, quando più processi scrivono contemporaneamente sullo
 146 stesso file non è possibile determinare la sequenza in cui essi opereranno.
 147
 148 Questo causa la possibilità di race condition; in generale le situazioni più
 149 comuni sono due: l'interazione fra un processo che scrive e altri che leggono,
 150 in cui questi ultimi possono leggere informazioni scritte solo in maniera
 151 parziale o incompleta; o quella in cui diversi processi scrivono, mescolando
 152 in maniera imprevedebile il loro output sul file.
 153
 154 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
 155 evitare le race condition, attraverso una serie di funzioni che permettono di
 156 bloccare l'accesso al file da parte di altri processi, così da evitare le
 157 sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di scrittura.
 158
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 160 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
 161 \label{sec:file_record_locking}
 162
 163 La prima modalità di file locking che è stata implementata nei sistemi
 164 unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory locking}, in
 165 quanto è il processo, e non il sistema, che si incarica di verificare se
 166 esiste una condizione di blocco per l'accesso ai file.
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 170
 171 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
 172 \label{sec:file_mand_locking}
 173
 174 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
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 181 %%% Local Variables:
 182 %%% mode: latex
 183 %%% TeX-master: "gapil"
 184 %%% End: