Finito asyncronous I/O, iniziato mmap.
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2015 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_shared_access} abbiamo preso in esame le modalità in cui
30 un sistema unix-like gestisce l'accesso concorrente ai file da parte di
31 processi diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file
32 aperti in \itindex{append~mode} \textit{append mode}, quando più processi
33 scrivono contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la
34 sequenza 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 (in realtà con Linux questo avviene solo
98 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 \textit{sleep}. Una volta
107 finite 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} & esecuzione & esecuzione & blocco \\
127     \textit{Write lock}& esecuzione & blocco & blocco \\
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 di sistema
152 usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il
153 suo prototipo è:
154
155 \begin{funcproto}{
156 \fhead{sys/file.h}
157 \fdecl{int flock(int fd, int operation)}
158 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
159 }
160
161 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
162   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
163   \begin{errlist}
164   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale
165     nell'attesa dell'acquisizione di un \textit{file lock}.
166   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido
167     per \param{operation}.
168   \item[\errcode{ENOLCK}] il kernel non ha memoria sufficiente per gestire il
169     \textit{file lock}.
170   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
171     specificato \const{LOCK\_NB}.
172   \end{errlist}
173   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.
174 }
175 \end{funcproto}
176
177 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
178 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
179 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
180 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
181 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
182
183 \begin{table}[htb]
184   \centering
185   \footnotesize
186   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
187     \hline
188     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
189     \hline
190     \hline
191     \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
192     \const{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
193     \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
194     \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
195                        richiesta di un \textit{file lock}.\\
196     \hline    
197   \end{tabular}
198   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
199   \label{tab:file_flock_operation}
200 \end{table}
201
202 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
203 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
204 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
205 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
206 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
207 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
208 usare direttamente \const{LOCK\_UN}.
209
210 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
211 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
212   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
213 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
214 facendo fallire la riacquisizione.
215
216 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
217 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
218 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
219 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
220 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
221 funzionalità.
222
223 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
224 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
225 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
226 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
227 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
228 per entrambe le interfacce.
229
230 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
231 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
232 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
233 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
234 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
235 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di \itindex{inode}
236 \textit{inode}, dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono
237 avere due processi diversi che aprono lo stesso file.
238
239 In particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
240 \textit{file lock} sono mantenuti in una \itindex{linked~list} \textit{linked
241   list} di strutture \kstruct{file\_lock}. La lista è referenziata
242 dall'indirizzo di partenza mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura
243 \kstruct{inode} (per le definizioni esatte si faccia riferimento al file
244 \file{include/linux/fs.h} nei sorgenti del kernel).  Un bit del campo
245 \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di un lock in semantica BSD
246 (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}) o un \textit{file lease}
247 (\const{FL\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}).
248
249 \begin{figure}[!htb]
250   \centering
251   \includegraphics[width=12cm]{img/file_flock}
252   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
253     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
254   \label{fig:file_flock_struct}
255 \end{figure}
256
257 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
258 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
259 un nuovo elemento (cioè l'aggiunta di una nuova struttura
260 \kstruct{file\_lock}).  Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la
261 semantica della funzione prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino
262 ulteriori istanze di un \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori
263 riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema
264 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file
265   lock} un puntatore alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}
266 da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare. Il
267 puntatore è mantenuto nel campo \var{fl\_file} di \kstruct{file\_lock}, e
268 viene utilizzato solo per i \textit{file lock} creati con la semantica BSD.
269
270 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
271 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
272 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
273 \textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se
274 ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
275 sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè che i file descriptor duplicati e
276 quelli ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella
277 \itindex{file~table} \textit{file table}, si può capire immediatamente quali
278 sono le conseguenze nei confronti delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
279
280 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
281 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella
282 \itindex{file~table} \textit{file table}, anche se questo è diverso da quello
283 con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file
284   descriptor fa riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa
285   della \itindex{file~table} \textit{file table}, come accade tutte le volte
286   che si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
287 processo figlio. Inoltre una volta tolto un \textit{file lock} su un file, la
288 rimozione avrà effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa
289 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, e quindi, nel caso di
290 file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche per processi
291 diversi.
292
293 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
294 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
295 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
296 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
297 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
298 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
299 \textit{file table}; e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che
300 fanno riferimento alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci
301 siano duplicati o processi figli che mantengono ancora aperto un file
302 descriptor, il \textit{file lock} non viene rilasciato.
303  
304
305 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
306 \label{sec:file_posix_lock}
307
308 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
309 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione di sistema
310 \func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici
311 possibilità di utilizzo in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si
312 impiega per il \textit{file locking} essa viene usata solo secondo il seguente
313 prototipo:
314
315 \begin{funcproto}{
316 \fhead{fcntl.h}
317 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
318 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
319 }
320
321 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
322   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
323   \begin{errlist}
324     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
325       \textit{file lock} da parte di altri processi.
326     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
327       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
328       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
329       un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema
330       riconosca sempre questa situazione.
331     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
332       di poter acquisire un \textit{file lock}.
333     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
334       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
335       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
336   \end{errlist}
337   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
338 \end{funcproto}
339
340 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
341 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
342 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
343 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
344 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
345 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
346 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
347 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
348 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
349 con un'altra regione bloccata.
350
351 \begin{figure}[!htb]
352   \footnotesize \centering
353   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
354     \includestruct{listati/flock.h}
355   \end{minipage} 
356   \normalsize 
357   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
358     \textit{file locking}.}
359   \label{fig:struct_flock}
360 \end{figure}
361
362 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
363 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
364 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
365 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
366 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
367 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
368 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
369 relative descrizioni in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}).
370
371 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
372 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
373 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
374 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
375 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
376 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
377 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
378
379 Lo standard POSIX non richiede che \var{l\_len} sia positivo, ed a partire dal
380 kernel 2.4.21 è possibile anche indicare valori di \var{l\_len} negativi, in
381 tal caso l'intervallo coperto va da \var{l\_start}$+$\var{l\_len} a
382 \var{l\_start}$-1$, mentre per un valore positivo l'intervallo va da
383 \var{l\_start} a \var{l\_start}$+$\var{l\_len}$-1$. Si può però usare un
384 valore negativo soltanto se l'inizio della regione indicata non cade prima
385 dell'inizio del file, mentre come accennato con un valore positivo  si
386 può anche indicare una regione che eccede la dimensione corrente del file.
387
388 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
389 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
390 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
391 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
392 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
393 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
394 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
395 \textit{file lock}.
396
397 \begin{table}[htb]
398   \centering
399   \footnotesize
400   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
401     \hline
402     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
403     \hline
404     \hline
405     \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
406     \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
407     \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
408     \hline    
409   \end{tabular}
410   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
411   \label{tab:file_flock_type}
412 \end{table}
413
414 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
415 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
416 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl},
417 specifica l'azione da compiere; i valori utilizzabili relativi al \textit{file
418   locking} sono tre:
419 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
420 \item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
421   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
422   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
423   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
424   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
425 \item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
426   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
427   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia; nel
428   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
429   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
430   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
431 \item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
432   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
433   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
434   rilasciato; se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
435   con un errore di \errcode{EINTR}.
436 \end{basedescript}
437
438 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
439 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
440 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
441 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
442 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
443 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
444 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
445 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
446 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
447 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
448 per indicare quale è la regione bloccata.
449
450 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
451 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
452 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
453 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
454 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
455   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
456   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
457 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
458 stato effettivamente acquisito.
459
460 \begin{figure}[!htb]
461   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
462   \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
463   \label{fig:file_flock_dead}
464 \end{figure}
465
466 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
467 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
468 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
469 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
470 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
471 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
472 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
473 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
474 porta ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche
475 il processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.
476 Per questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo,
477 ed impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che
478 cerca di acquisire un blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
479 \textit{deadlock}.
480
481 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
482 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
483 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
484 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
485 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
486 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}. In questo caso nella figura si sono
487 evidenziati solo i campi di \kstruct{file\_lock} significativi per la
488 semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
489 \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene bloccata
490 grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è comunque la
491 stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è impostato il bit
492 \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene usato. Il blocco è
493 sempre associato \itindex{inode} all'\textit{inode}, solo che in questo caso
494 la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una voce nella
495 \itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del \ids{PID} del
496 processo.
497
498 \begin{figure}[!htb]
499   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
500   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
501     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
502   \label{fig:file_posix_lock}
503 \end{figure}
504
505 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
506 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la
507   \itindex{linked~list} \textit{linked list} delle strutture
508   \kstruct{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui
509   \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano
510   ben separate.}  per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad
511 una già bloccata, in caso affermativo decide in base al tipo di blocco, in
512 caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
513
514 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
515 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
516 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
517 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
518 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
519 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
520 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
521 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
522 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
523
524 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
525 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
526 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
527 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
528 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
529 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
530 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
531 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
532 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
533
534 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
535 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
536 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
537 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
538 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
539 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
540 avranno sempre successo.  Nel caso della semantica BSD, essendo i lock
541 relativi a tutto un file e non accumulandosi,\footnote{questa ultima
542   caratteristica è vera in generale, se cioè si richiede più volte lo stesso
543   \textit{file lock}, o più blocchi sulla stessa sezione di file, le richieste
544   non si cumulano e basta una sola richiesta di rilascio per cancellare il
545   blocco.}  la cosa non ha alcun effetto; la funzione ritorna con successo,
546 senza che il kernel debba modificare la lista dei \textit{file lock}.
547
548 Con i \textit{file lock} POSIX invece si possono avere una serie di situazioni
549 diverse: ad esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più
550 \textit{file lock} distinti (indicando in una regione che si sovrapponga
551 completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo una parte di un
552 blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella di un altro
553 blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri \textit{file
554   lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si sovrappongono le
555 regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.
556
557 Il comportamento seguito in questo caso è che la funzione ha successo ed
558 esegue l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
559 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
560   lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
561 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
562
563 \begin{figure}[!htbp]
564   \footnotesize \centering
565   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
566     \includecodesample{listati/Flock.c}
567   \end{minipage}
568   \normalsize 
569   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
570   \label{fig:file_flock_code}
571 \end{figure}
572
573 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
574 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
575 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
576 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
577 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
578
579 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
580 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
581 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
582 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
583 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
584 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
585   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
586 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
587 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
588 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
589 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
590 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
591 \cmd{-b}.
592
593 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11-14}) che venga passato
594 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
595   15-18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
596 uscendo (\texttt{\small 20-23}) in caso di errore. A questo punto il
597 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
598 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
599 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
600 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
601 modalità bloccante.
602
603 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25-34}) prima si
604 controlla (\texttt{\small 27-31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
605 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
606 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
607 aggiunta la relativa opzione, con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
608 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
609 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
610 immediate si prepara (\texttt{\small 36-40}) la struttura per il lock, e lo
611 si esegue (\texttt{\small 41}).
612
613 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
614 risultato uscendo (\texttt{\small 44-46}) in caso di errore, o stampando un
615 messaggio (\texttt{\small 47-49}) in caso di successo. Infine il programma si
616 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
617 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
618 tutti i blocchi vengono rilasciati.
619
620 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
621 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
622 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
623
624 \begin{Console}
625 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r Flock.c}
626 Lock acquired
627 \end{Console}
628 %$
629 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
630 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
631 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
632 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
633 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
634 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
635
636 \begin{Console}
637 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w Flock.c}
638 Failed lock: Resource temporarily unavailable
639 \end{Console}
640 %$
641 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
642 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
643 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
644 del file con il comando:
645
646 \begin{Console}
647 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
648 Failed lock: Resource temporarily unavailable
649 \end{Console}
650 %$
651 se invece blocchiamo una regione con: 
652
653 \begin{Console}
654 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s0 -l10 Flock.c}
655 Lock acquired
656 \end{Console}
657 %$
658 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
659 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
660 regioni si sovrappongono avremo che:
661
662 \begin{Console}
663 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s5 -l15  Flock.c}
664 Failed lock: Resource temporarily unavailable
665 \end{Console}
666 %$
667 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
668 avremo che:
669
670 \begin{Console}
671 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s11 -l15  Flock.c}
672 Lock acquired
673 \end{Console}
674 %$
675 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
676 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
677
678 \begin{Console}
679 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s10 -l20 Flock.c}
680 Failed lock: Resource temporarily unavailable
681 \end{Console}
682 %$
683 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
684
685 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
686 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
687 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
688 opzione:
689
690 \begin{Console}
691 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c} Lock acquired
692 \end{Console}
693 %$
694 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
695 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
696 essere acquisito otterremo:
697
698 \begin{Console}
699 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
700 \end{Console}
701 %$
702 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
703 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
704 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
705 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
706
707 \begin{Console}
708 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
709 Lock acquired
710 \end{Console}
711 %$
712
713 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
714 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
715 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
716 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
717 BSD:
718
719 \begin{Console}
720 [root@gont sources]# \textbf{./flock -f -w Flock.c}
721 Lock acquired
722 \end{Console}
723 %$
724 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
725 questo motivo occorre sempre tenere presente quale, fra le due semantiche
726 disponibili, stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
727 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
728
729 % \subsection{La funzione \func{lockf}}
730 % \label{sec:file_lockf}
731
732 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
733 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
734 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
735 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata che utilizza la
736 funzione \funcd{lockf},\footnote{la funzione è ripresa da System V e per
737   poterla utilizzare è richiesta che siano definite le opportune macro, una
738   fra \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}, oppure
739   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad un valore di almeno 500, oppure
740   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}.} il cui
741 prototipo è:
742
743 \begin{funcproto}{
744 \fhead{unistd.h}
745 \fdecl{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
746 \fdesc{Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock}.} 
747 }
748
749 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
750   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
751   \begin{errlist}
752   \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, e si sono richiesti
753     \const{F\_TLOCK} o \const{F\_TEST} (in alcuni casi può dare anche
754     \errcode{EACCESS}.
755   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor aperto o si sono
756     richiesti \const{F\_LOCK} o \const{F\_TLOCK} ma il file non è scrivibile.
757   \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per \param{cmd}.
758   \end{errlist}
759   ed inoltre \errcode{EDEADLK} e \errcode{ENOLCK} con lo stesso significato
760   che hanno con \funcd{fcntl}.
761 }
762 \end{funcproto}
763   
764 La funzione opera sul file indicato dal file descriptor \param{fd}, che deve
765 essere aperto in scrittura, perché utilizza soltanto \textit{lock}
766 esclusivi. La sezione di file bloccata viene controllata dal valore
767 di \param{len}, che indica la lunghezza della stessa, usando come riferimento
768 la posizione corrente sul file. La sezione effettiva varia a secondo del
769 segno, secondo lo schema illustrato in fig.~\ref{fig:file_lockf_boundary}, se
770 si specifica un valore nullo il file viene bloccato a partire dalla posizione
771 corrente fino alla sua fine presente o futura (nello schema corrisponderebbe
772 ad un valore infinito positivo).
773
774 \begin{figure}[!htb] 
775   \centering
776   \includegraphics[width=10cm]{img/lockf_boundary}
777   \caption{Schema della sezione di file bloccata con \func{lockf}.}
778   \label{fig:file_lockf_boundary}
779 \end{figure}
780
781 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore
782 dell'argomento \param{cmd}, che specifica quale azione eseguire, i soli valori
783 consentiti sono i seguenti:
784
785 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
786 \item[\const{F\_LOCK}] Richiede un \textit{lock} esclusivo sul file, e blocca
787   il processo chiamante se, anche parzialmente, la sezione indicata si
788   sovrappone ad una che è già stata bloccata da un altro processo; in caso di
789   sovrapposizione con un altro blocco già ottenuto le sezioni vengono unite.
790 \item[\const{F\_TLOCK}] Richiede un \textit{exclusive lock}, in maniera
791   identica a \const{F\_LOCK}, ma in caso di indisponibilità non blocca il
792   processo restituendo un errore di \errval{EAGAIN}.
793 \item[\const{F\_ULOCK}] Rilascia il blocco sulla sezione indicata, questo può
794   anche causare la suddivisione di una sezione bloccata in precedenza nelle
795   due parti eccedenti nel caso si sia indicato un intervallo più limitato.
796 \item[\const{F\_TEST}] Controlla la presenza di un blocco sulla sezione di
797   file indicata, \func{lockf} ritorna $0$ se la sezione è libera o bloccata
798   dal processo stesso, o $-1$ se è bloccata da un altro processo, nel qual
799   caso \var{errno} assume il valore \errval{EAGAIN} (ma su alcuni sistemi può
800   essere restituito anche \errval{EACCESS}).
801 \end{basedescript}
802
803 La funzione è semplicemente una diversa interfaccia al \textit{file locking}
804 POSIX ed è realizzata utilizzando \func{fcntl}; pertanto la semantica delle
805 operazioni è la stessa di quest'ultima e quindi la funzione presenta lo stesso
806 comportamento riguardo gli effetti della chiusura dei file, ed il
807 comportamento sui file duplicati e nel passaggio attraverso \func{fork} ed
808 \func{exec}. Per questo stesso motivo la funzione non è equivalente a
809 \func{flock} e può essere usata senza interferenze insieme a quest'ultima.
810
811 % TODO trattare i POSIX file-private lock introdotti con il 3.15, 
812 % vedi http://lwn.net/Articles/586904/ correlato:
813 % http://www.samba.org/samba/news/articles/low_point/tale_two_stds_os2.html 
814
815 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
816 \label{sec:file_mand_locking}
817
818 \itindbeg{mandatory~locking}
819
820 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
821 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
822 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
823 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
824 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
825 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
826
827 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
828 utilizzo particolare del bit \itindex{sgid~bit} \acr{sgid} dei permessi dei
829 file. Se si ricorda quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso
830 viene di norma utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene
831 eseguito un programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del
832 permesso di esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza
833 permesso di esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory
834   locking}, fa sì che quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In
835 questo modo una combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in
836 quanto senza significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del
837 \textit{mandatory locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare
838   quanto detto in sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit
839   \acr{sgid} viene cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su
840   un file, questo non vale quando esso viene utilizzato per attivare il
841   \textit{mandatory locking}.}
842
843 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
844 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
845 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
846 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
847   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \itindex{sgid~bit}
848   \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa operazione con un
849   sistema bloccato.}  inoltre con il \textit{mandatory locking} si può
850 bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura su un file su cui
851 è attivo un blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory
852   locking} è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem per
853 filesystem in fase di montaggio, specificando l'apposita opzione di
854 \func{mount} riportata in sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}, o con l'opzione
855 \code{-o mand} per il comando omonimo.
856
857 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
858 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
859 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
860 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
861 per \func{fcntl}.
862
863 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
864 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
865 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
866 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
867 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
868 direttamente il \textit{file locking}.
869
870 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
871 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
872 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
873 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
874 di \errcode{EAGAIN}.
875
876 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
877 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
878 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
879 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
880 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
881
882 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
883 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
884 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
885 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
886 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
887 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
888 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
889 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
890 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
891
892 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
893 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (vedi
894 sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti, quando si esegue
895 la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un accesso al contenuto
896 del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile eseguire il
897 \textit{memory mapping} di un file su cui sono presenti dei
898 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
899   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
900   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
901   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
902 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
903   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
904   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
905 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
906 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
907 possibilità di modificare il file.
908
909 Si tenga conto infine che su Linux l'implementazione corrente del
910 \textit{mandatory locking} è difettosa e soffre di una \textit{race
911   condition}, per cui una scrittura con \func{write} che si sovrapponga alla
912 richiesta di un \textit{read lock} può modificare i dati anche dopo che questo
913 è stato ottenuto, ed una lettura con \func{read} può restituire dati scritti
914 dopo l'ottenimento di un \textit{write lock}. Lo stesso tipo di problema si
915 può presentare anche con l'uso di file mappati in memoria; pertanto allo stato
916 attuale delle cose è sconsigliabile fare affidamento sul \textit{mandatory
917   locking}.
918
919 \itindend{file~locking}
920
921 \itindend{mandatory~locking}
922
923
924 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
925 \label{sec:file_multiplexing}
926
927
928 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
929 su molti file usando le funzioni illustrate in
930 sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec:files_std_interface} è che
931 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
932 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
933 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
934 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
935 I/O.
936
937
938 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
939 \label{sec:file_noblocking}
940
941 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
942 \textit{fast} e \textit{slow} \textit{system call},\index{system~call~lente}
943 che in certi casi le funzioni di I/O eseguite su un file descritor possono
944 bloccarsi indefinitamente. Questo non avviene mai per i file normali, per i
945 quali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito, ma può
946 avvenire per alcuni \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, come ad
947 esempio una seriale o un terminale, o con l'uso di file descriptor collegati a
948 meccanismi di intercomunicazione come le \textit{pipe} (vedi
949 sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ed i socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_socket_def}). In
950 casi come questi ad esempio una operazione di lettura potrebbe bloccarsi se
951 non ci sono dati disponibili sul descrittore su cui la si sta effettuando.
952
953 Questo comportamento è alla radice di una delle problematiche più comuni che
954 ci si trova ad affrontare nella gestione delle operazioni di I/O: la necessità
955 di operare su più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi
956 indefinitamente senza che sia possibile prevedere quando questo può
957 avvenire. Un caso classico è quello di un server di rete (tratteremo la
958 problematica in dettaglio nella seconda parte della guida) in attesa di dati
959 in ingresso prevenienti da vari client.
960
961 In un caso di questo tipo, se si andasse ad operare sui vari file descriptor
962 aperti uno dopo l'altro, potrebbe accadere di restare bloccati nell'eseguire
963 una lettura su uno di quelli che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne
964 potrebbe essere un altro con dati disponibili. Questo comporta nel migliore
965 dei casi una operazione ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di
966 quella bloccata, mentre nel peggiore dei casi, quando la conclusione
967 dell'operazione bloccata dipende da quanto si otterrebbe dal file descriptor
968 ``\textsl{disponibile}'', si potrebbe addirittura arrivare ad un
969 \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
970
971 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è possibile
972 prevenire questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file
973 in \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag
974 \const{O\_NONBLOCK} nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni
975 di lettura o scrittura eseguite sul file che si sarebbero bloccate ritornano
976 immediatamente, restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa
977 modalità di I/O permette di risolvere il problema controllando a turno i vari
978 file descriptor, in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non
979 viene garantito. Ovviamente questa tecnica, detta \itindex{polling}
980 \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
981 impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle \textit{system call}
982 che nella gran parte dei casi falliranno.
983
984 É appunto per superare questo problema è stato introdotto il concetto di
985 \textit{I/O multiplexing}, una nuova modalità per la gestione dell'I/O che
986 consente di tenere sotto controllo più file descriptor in contemporanea,
987 permettendo di bloccare un processo quando le operazioni di lettura o
988 scrittura non sono immediatamente effettuabili, e di riprenderne l'esecuzione
989 una volta che almeno una di quelle che erano state richieste diventi
990 possibile, in modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare
991 bloccati.
992
993 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
994 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
995 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
996 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
997 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
998 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
999
1000
1001 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
1002 \label{sec:file_select}
1003
1004 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
1005   multiplexing} è stato BSD, con la funzione \funcd{select} che è apparsa in
1006 BSD4.2 ed è stata standardizzata in BSD4.4, in seguito è stata portata su
1007 tutti i sistemi che supportano i socket, compreso le varianti di System V ed
1008 inserita in POSIX.1-2001; il suo prototipo è:\footnote{l'header
1009   \texttt{sys/select.h} è stato introdotto con POSIX.1-2001, è ed presente con
1010   le \acr{glibc} a partire dalla versione 2.0, in precedenza, con le
1011   \acr{libc4} e le \acr{libc5}, occorreva includere \texttt{sys/time.h},
1012   \texttt{sys/types.h} e \texttt{unistd.h}.}
1013
1014 \begin{funcproto}{
1015 \fhead{sys/select.h}
1016 \fdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
1017     *exceptfds, \\
1018 \phantom{int select(}struct timeval *timeout)}
1019 \fdesc{Attende che uno fra i file descriptor degli insiemi specificati diventi
1020   attivo.} 
1021 }
1022 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1023   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1024   \begin{errlist}
1025   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor non valido
1026     (chiuso o con errori) in uno degli insiemi.
1027   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1028   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1029     o un valore non valido per \param{timeout}.
1030   \end{errlist}
1031   ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.}
1032 \end{funcproto}
1033
1034 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
1035 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
1036 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1037 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1038 \param{timeout}.
1039
1040 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1041
1042 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1043 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1044 \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1045 maniera analoga a come un \itindex{signal~set} \textit{signal set} (vedi
1046 sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di segnali. Per la
1047 manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
1048 opportune macro di preprocessore:
1049
1050 {\centering
1051 \vspace{3pt}
1052 \begin{funcbox}{
1053 \fhead{sys/select.h}
1054 \fdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1055 \fdesc{Inizializza l'insieme (vuoto).} 
1056 \fdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1057 \fdesc{Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.} 
1058 \fdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1059 \fdesc{Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.} 
1060 \fdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1061 \fdesc{Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.} 
1062 }
1063 \end{funcbox}}
1064
1065
1066 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1067 \const{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1068 al limite per il numero massimo di file aperti (ad esempio in Linux, fino alla
1069 serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo), ma da quando, nelle
1070 versioni più recenti del kernel, questo limite è stato rimosso, esso indica le
1071 dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file descriptor set}, ed il
1072 suo valore, secondo lo standard POSIX 1003.1-2001, è definito in
1073 \headfile{sys/select.h}, ed è pari a 1024.
1074
1075 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1076 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1077 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili. Allo stesso modo
1078 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1079 eccede \const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1080
1081 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1082 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1083 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1084   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1085   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
1086 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1087 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni come i
1088 dati urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, (vedi
1089 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1090
1091 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1092 \const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente, la funzione richiede di
1093 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1094 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1095 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1096 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1097 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno. Si ricordi infatti che
1098 i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1099 valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo,
1100 dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore comune.
1101
1102 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con il puntatore ad una struttura
1103 di tipo \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un
1104 tempo massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a
1105 \val{NULL} la funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un
1106 tempo nullo (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a
1107 zero), qualora si voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file
1108 descriptor, e così può essere utilizzata eseguire il \itindex{polling}
1109 \textit{polling} su un gruppo di file descriptor. Usare questo argomento con
1110 tutti i \textit{file descriptor set} vuoti è un modo portabile, disponibile
1111 anche su sistemi in cui non sono disponibili le funzioni avanzate di
1112 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, per tenere un processo in stato di
1113 \textit{sleep} con precisioni inferiori al secondo.
1114
1115 In caso di successo la funzione restituisce il numero di file descriptor
1116 pronti, seguendo il comportamento previsto dallo standard
1117 POSIX.1-2001,\footnote{si tenga però presente che esistono alcune versioni di
1118   Unix che non si comportano in questo modo, restituendo un valore positivo
1119   generico.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per indicare quali sono i
1120 file descriptor pronti per le operazioni ad esso relative, in modo da poterli
1121 controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece scade il tempo indicato
1122 da \param{timout} viene restituito un valore nullo e i \textit{file descriptor
1123   set} non vengono modificati. In caso di errore la funzione restituisce $-1$, i
1124 valori dei tre insiemi e di \param{timeout} sono indefiniti e non si può fare
1125 nessun affidamento sul loro contenuto; nelle versioni più recenti della
1126 funzione invece i \textit{file descriptor set} non vengono modificati anche in
1127 caso di errore.
1128
1129 Si tenga presente infine che su Linux, in caso di programmazione
1130 \textit{multithread} se un file descriptor viene chiuso in un altro
1131 \textit{thread} rispetto a quello in cui si sta usando \func{select}, questa
1132 non subisce nessun effetto. In altre varianti di sistemi unix-like invece
1133 \func{select} ritorna indicando che il file descriptor è pronto, con
1134 conseguente possibile errore nel caso lo si usi senza che sia stato
1135 riaperto. Lo standard non prevede niente al riguardo e non si deve dare per
1136 assunto nessuno dei due comportamenti se si vogliono scrivere programmi
1137 portabili.
1138
1139
1140 \itindend{file~descriptor~set}
1141
1142 Una volta ritornata la funzione, si potrà controllare quali sono i file
1143 descriptor pronti, ed operare su di essi. Si tenga presente però che
1144 \func{select} fornisce solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni in
1145 cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file descriptor è
1146 pronto, ma l'esecuzione di una operazione di I/O si bloccherebbe: ad esempio
1147 con Linux questo avviene quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono
1148 scartati perché corrotti (ma sono possibili pure altri casi); in tal caso pur
1149 risultando il relativo file descriptor pronto in lettura una successiva
1150 esecuzione di una \func{read} si bloccherebbe. Per questo motivo quando si usa
1151 l'\textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso delle funzioni di
1152 lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1153
1154 Su Linux quando la \textit{system call} \func{select} viene interrotta da un
1155 segnale modifica il valore nella struttura puntata da \param{timeout},
1156 impostandolo al tempo restante. In tal caso infatti si ha un errore di
1157 \errcode{EINTR} ed occorre rilanciare la funzione per proseguire l'attesa, ed
1158 in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le volte il tempo
1159 rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia quando si usa codice
1160 scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si usano programmi
1161 scritti per altri sistemi che non dispongono di questa caratteristica e
1162 ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In genere questa caratteristica è
1163 disponibile nei sistemi che derivano da System V e non è disponibile per
1164 quelli che derivano da BSD; lo standard POSIX.1-2001 non permette questo
1165 comportamento e per questo motivo le \acr{glibc} nascondono il comportamento
1166 passando alla \textit{system call} una copia dell'argomento \param{timeout}.
1167
1168 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1169 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1170 controllo.  Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1171 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1172 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1173 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1174 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1175
1176 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1177 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1178 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1179 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1180 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1181 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni. 
1182
1183 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1184   multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1185 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1186 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1187 vengano dichiarate nell'header \headfile{sys/select.h}, che sostituisce i
1188 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1189 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1190   l'header \headfile{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle
1191   \acr{glibc} 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header,
1192   le \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
1193   senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1194   \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1195   \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1196   maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1197
1198 \begin{funcproto}{
1199 \fhead{sys/select.h}
1200 \fdecl{int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, 
1201   fd\_set *exceptfds, \\ 
1202 \phantom{int pselect(}struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1203 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1204   attivo.} 
1205 }
1206 {La funzione ritorna il numero (anche nullo) di file descriptor che sono
1207   attivi in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno}
1208   assumerà uno dei valori:
1209   \begin{errlist}
1210   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1211     degli insiemi.
1212   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1213   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1214     o un valore non valido per \param{timeout}.
1215    \end{errlist}
1216    ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.
1217 }
1218 \end{funcproto}
1219
1220 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1221 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1222 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1223 caso di interruzione. In realtà anche in questo caso la \textit{system call}
1224 di Linux aggiorna il valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle
1225 \acr{glibc} modifica questo comportamento passando alla \textit{system call}
1226 una variabile locale, in modo da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che
1227 richiede che il valore di \param{timeout} non sia modificato. 
1228
1229 Rispetto a \func{select} la nuova funzione prende un argomento
1230 aggiuntivo \param{sigmask}, un puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali}
1231 maschera di segnali (si veda sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  Nell'esecuzione la
1232 maschera dei segnali corrente viene sostituita da quella così indicata
1233 immediatamente prima di eseguire l'attesa, e viene poi ripristinata al ritorno
1234 della funzione. L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di
1235 prevenire possibili \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando
1236 oltre alla presenza di dati sui file descriptor come nella \func{select}
1237 ordinaria, ci si deve porre in attesa anche dell'arrivo di un segnale.
1238
1239 Come abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_example} la tecnica classica per
1240 rilevare l'arrivo di un segnale è quella di utilizzare il gestore per
1241 impostare una \index{variabili!globali} variabile globale e controllare questa
1242 nel corpo principale del programma; abbiamo visto in quell'occasione come
1243 questo lasci spazio a possibili \itindex{race~condition} \textit{race
1244   condition}, per cui diventa essenziale utilizzare \func{sigprocmask} per
1245 disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire il controllo e
1246 riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde evitare
1247 l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe perso.
1248
1249 Nel nostro caso il problema si pone quando, oltre al segnale, si devono tenere
1250 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1251 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1252 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1253 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1254 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1255 qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
1256 se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
1257 interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
1258
1259 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1260 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1261 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1262   kernel 2.6.16, non era presente la relativa \textit{system call}, e la
1263   funzione era implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
1264   \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
1265   \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad
1266   una soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick}
1267   \textit{self-pipe trick}, che consiste nell'aprire una \textit{pipe} (vedi
1268   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare \func{select} sul capo in lettura della
1269   stessa; si può indicare l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in
1270   scrittura all'interno del gestore dello stesso; in questo modo anche se il
1271   segnale va perso prima della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà
1272   comunque dalla presenza di dati sulla \textit{pipe}.} ribloccandolo non
1273 appena essa ritorna, così che il precedente codice potrebbe essere riscritto
1274 nel seguente modo:
1275 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1276 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1277 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1278 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1279
1280
1281 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1282 \label{sec:file_poll}
1283
1284 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1285 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta una
1286 interfaccia completamente diversa, basata sulla funzione di sistema
1287 \funcd{poll},\footnote{la funzione è prevista dallo standard XPG4, ed è stata
1288   introdotta in Linux come system call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita
1289   nelle \acr{libc} 5.4.28, originariamente l'argomento \param{nfds} era di
1290   tipo \ctyp{unsigned int}, la funzione è stata inserita nello standard
1291   POSIX.1-2001 in cui è stato introdotto il tipo nativo \type{nfds\_t}.} il
1292 cui prototipo è:
1293
1294 \begin{funcproto}{
1295 \fhead{sys/poll.h}
1296 \fdecl{int poll(struct pollfd *ufds, nfds\_t nfds, int timeout)}
1297 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1298   descriptor.} 
1299 }
1300
1301 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1302   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1303   \begin{errlist}
1304   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1305     degli insiemi.
1306   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1307   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1308     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1309   \end{errlist}
1310   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.}
1311 \end{funcproto}
1312
1313 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1314 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1315 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1316 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1317 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1318 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1319 immediato, e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1320 \textsl{non-bloccante}.
1321
1322 \begin{figure}[!htb]
1323   \footnotesize \centering
1324   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1325     \includestruct{listati/pollfd.h}
1326   \end{minipage} 
1327   \normalsize 
1328   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1329     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1330   \label{fig:file_pollfd}
1331 \end{figure}
1332
1333 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1334 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1335 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1336 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1337 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1338 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1339 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1340 risultato. 
1341
1342 Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente struttura sarà
1343 ignorata da \func{poll} ed il campo \var{revents} verrà azzerato, questo
1344 consente di eliminare temporaneamente un file descriptor dalla lista senza
1345 dover modificare il vettore \param{ufds}. Dato che i dati in ingresso sono del
1346 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1347 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1348 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1349
1350 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1351 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportate in
1352 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1353 suddivise in tre gruppi principali, nel primo gruppo si sono indicati i bit
1354 utilizzati per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per
1355 l'attività in uscita, infine il terzo gruppo contiene dei valori che vengono
1356 utilizzati solo nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di
1357 errore.
1358
1359 \begin{table}[htb]
1360   \centering
1361   \footnotesize
1362   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1363     \hline
1364     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1365     \hline
1366     \hline
1367     \const{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1368     \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1369     \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1370     \const{POLLPRI}   & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
1371                         urgenti.\\ 
1372     \hline
1373     \const{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1374     \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1375     \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1376     \hline
1377     \const{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1378     \const{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1379     \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1380                         socket.\footnotemark\\ 
1381     \const{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1382     \hline
1383     \const{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1384     \hline    
1385   \end{tabular}
1386   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1387     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1388   \label{tab:file_pollfd_flags}
1389 \end{table}
1390
1391 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1392   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1393   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1394   socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
1395   \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
1396   dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1397
1398 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1399 compatibilità con l'implementazione di System V che usa i cosiddetti
1400 ``\textit{stream}''. Si tratta di una interfaccia specifica di SysV non
1401 presente in Linux, che non ha nulla a che fare con gli \textit{stream} delle
1402 librerie standard del C visti in sez.~\ref{sec:file_stream}. Da essa derivano
1403 i nomi di alcune costanti poiché per quegli \textit{stream} sono definite tre
1404 classi di dati: \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In
1405 Linux la distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band}
1406 dei socket (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come
1407 \func{poll} reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
1408 sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1409
1410 Le costanti relative ai diversi tipi di dati normali e prioritari che fanno
1411 riferimento alle implementazioni in stile System V sono \const{POLLRDNORM},
1412 \const{POLLWRNORM}, \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND}. Le prime due sono
1413 equivalenti rispettivamente a \const{POLLIN} e \const{POLLOUT},
1414 \const{POLLRDBAND} non viene praticamente mai usata su Linux mentre
1415 \const{POLLWRBAND} ha senso solo sui socket. In ogni caso queste costanti sono
1416 utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1417 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.
1418
1419 In caso di successo \func{poll} ritorna restituendo il numero di file (un
1420 valore positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa
1421 richieste o per i quali si è verificato un errore, avvalorando i relativi bit
1422 di \var{revents}. In caso di errori sui file vengono utilizzati i valori della
1423 terza sezione di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} che hanno significato solo
1424 per \var{revents} (se specificati in \var{events} vengono ignorati). Un valore
1425 di ritorno nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore
1426 negativo indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al
1427 solito tramite \var{errno}.
1428
1429 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1430 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1431 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1432 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1433 \textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
1434 dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
1435 dal loro valore. Infatti, anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
1436   set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
1437 qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto ci
1438 si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di memoria.
1439
1440 Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
1441   descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
1442 che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
1443 da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
1444 da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
1445 \func{poll}.
1446
1447 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1448 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1449 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1450 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1451 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1452
1453 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1454 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1455 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1456 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1457 prototipo è:
1458
1459 \begin{funcproto}{
1460 \fhead{sys/poll.h}
1461 \fdecl{int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, 
1462   const struct timespec *timeout, \\
1463 \phantom{int ppoll(}const sigset\_t *sigmask)} 
1464
1465 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file descriptor.}
1466 }
1467
1468 {La funzione ritorna il numero di file descriptor con attività in caso di
1469   successo, $0$ se c'è stato un timeout e $-1$ per un errore, nel qual caso
1470   \var{errno} assumerà uno dei valori:
1471   \begin{errlist}
1472   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1473     degli insiemi.
1474   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1475   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1476     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1477   \end{errlist}
1478 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.
1479 }  
1480 \end{funcproto}
1481
1482 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1483 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una
1484 \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali; questa sarà la maschera
1485 utilizzata per tutto il tempo che la funzione resterà in attesa, all'uscita
1486 viene ripristinata la maschera originale.  L'uso di questa funzione è cioè
1487 equivalente, come illustrato nella pagina di manuale, all'esecuzione atomica
1488 del seguente codice:
1489 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1490
1491 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1492 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1493 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1494 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la
1495 \textit{system call} che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione
1496 viene interrotta da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come
1497 per \func{pselect} la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera
1498 questo comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout} anche se
1499 in questo caso non esiste nessuno standard che richieda questo comportamento.
1500
1501 Infine anche per \func{poll} e \func{ppoll} valgono le considerazioni relative
1502 alla possibilità di avere delle notificazione spurie della disponibilita di
1503 accesso ai file descriptor illustrate per \func{select} in
1504 sez.~\ref{sec:file_select}, che non staremo a ripetere qui.
1505
1506 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1507 \label{sec:file_epoll}
1508
1509 \itindbeg{epoll}
1510
1511 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1512 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1513 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1514   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1515   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1516   \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
1517 questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
1518 da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
1519 numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
1520
1521 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1522 eventi al secondo (il caso classico è quello di un server web di un sito con
1523 molti accessi) l'uso di \func{poll} comporta la necessità di trasferire avanti
1524 ed indietro da \textit{user space} a \textit{kernel space} una lunga lista di
1525 strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1526 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1527 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1528 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1529 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1530 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1531 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1532
1533 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1534 specialistiche (come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue} in BSD)
1535 il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le informazioni
1536 relative ai file descriptor osservati che presentano una attività, evitando
1537 così le problematiche appena illustrate. In genere queste prevedono che si
1538 registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto osservazione, e
1539 forniscono un meccanismo che notifica quali di questi presentano attività.
1540
1541 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1542 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1543   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1544   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1545   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1546 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1547 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1548 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1549 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1550 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1551 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1552 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1553 \textsl{pronto}.
1554
1555 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1556 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1557 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1558 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1559 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1560 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1561 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1562 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1563 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1564
1565 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1566 servizio è chiamata \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da
1567   Davide Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44,
1568   ma la sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66, il supporto
1569   è stato aggiunto nelle \acr{glibc} a partire dalla versione 2.3.2.} anche se
1570 sono state in discussione altre interfacce con le quali effettuare lo stesso
1571 tipo di operazioni; \textit{epoll} è in grado di operare sia in modalità
1572 \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1573
1574 La prima versione di \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file
1575 di dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1576 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia ma poi si è passati all'uso di
1577 apposite \textit{system call}.  Il primo passo per usare l'interfaccia di
1578 \textit{epoll} è pertanto quello ottenere detto file descriptor chiamando una
1579 delle due funzioni di sistema \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},
1580 i cui prototipi sono:
1581
1582 \begin{funcproto}{
1583 \fhead{sys/epoll.h}
1584 \fdecl{int epoll\_create(int size)}
1585 \fdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1586
1587 \fdesc{Apre un file descriptor per \textit{epoll}.}
1588 }
1589 {Le funzioni ritornano un file descriptor per \textit{epoll} in caso di
1590   successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
1591   valori:
1592   \begin{errlist}
1593   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1594     positivo o non valido per \param{flags}.
1595   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1596     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1597     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1598   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1599     nel sistema.
1600   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1601     l'istanza.
1602   \end{errlist}
1603 }  
1604 \end{funcproto}
1605
1606 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor, detto anche
1607 \textit{epoll descriptor}; si tratta di un file descriptor speciale (per cui
1608 \func{read} e \func{write} non sono supportate) che viene associato alla
1609 infrastruttura utilizzata dal kernel per gestire la notifica degli eventi, e
1610 che può a sua volta essere messo sotto osservazione con una chiamata a
1611 \func{select}, \func{poll} o \func{epoll\_ctl}; in tal caso risulterà pronto
1612 quando saranno disponibili eventi da notificare riguardo i file descriptor da
1613 lui osservati.\footnote{è anche possibile inviarlo ad un altro processo
1614   attraverso un socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}) ma
1615   l'operazione non ha alcun senso dato che il nuovo processo non avrà a
1616   disposizione le copie dei file descriptor messe sotto osservazione tramite
1617   esso.} Una volta che se ne sia terminato l'uso si potranno rilasciare tutte
1618 le risorse allocate chiudendolo semplicemente con \func{close}.
1619
1620 Nel caso di \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare
1621 l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
1622 controllo, e costituiva solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di
1623 risorse sufficienti, non un valore massimo, ma a partire dal kernel 2.6.8 esso
1624 viene totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.
1625
1626 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata introdotta
1627 come estensione della precedente (è disponibile solo a partire dal kernel
1628 2.6.27) per poter passare dei flag di controllo come maschera binaria in fase
1629 di creazione del file descriptor. Al momento l'unico valore legale
1630 per \param{flags} (a parte lo zero) è \const{EPOLL\_CLOEXEC}, che consente di
1631 impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1632 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} (si è trattato il significato
1633 di \const{O\_CLOEXEC} in sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia
1634 necessaria una successiva chiamata a \func{fcntl}.
1635
1636 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1637 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1638 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione di sistema
1639 dell'interfaccia, \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1640
1641 \begin{funcproto}{
1642 \fhead{sys/epoll.h}
1643 \fdecl{int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1644
1645 \fdesc{Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.}
1646 }
1647
1648 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1649   caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1650   \begin{errlist}
1651   \item[\errcode{EBADF}] i file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1652     validi.
1653   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1654     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1655   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1656     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1657     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1658   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1659     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1660   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1661     l'operazione richiesta.
1662   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1663     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1664     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1665   \item[\errcode{EPERM}] il file associato a \param{fd} non supporta l'uso di
1666     \textit{epoll}.
1667   \end{errlist}
1668   }  
1669 \end{funcproto}
1670
1671 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1672 \textit{epoll}, \param{epfd}, che indica quale istanza di \textit{epoll} usare
1673 e deve pertanto essere stato ottenuto in precedenza con una chiamata a
1674 \func{epoll\_create} o \func{epoll\_create1}. L'argomento \param{fd} indica
1675 invece il file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo
1676 può essere un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche
1677 un altro file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1678
1679 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1680 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1681 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1682 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1683 delle operazioni cui fanno riferimento.
1684
1685 \begin{table}[htb]
1686   \centering
1687   \footnotesize
1688   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1689     \hline
1690     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1691     \hline
1692     \hline
1693     \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1694                              \param{fd} alla lista dei file descriptor
1695                              controllati tramite \param{epfd}, in
1696                              \param{event} devono essere specificate le
1697                              modalità di osservazione.\\
1698     \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1699                              descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1700                              \param{event}.\\
1701     \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1702                              dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1703    \hline    
1704   \end{tabular}
1705   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1706     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1707   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1708 \end{table}
1709
1710 % era stata aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE in previsione del kernel 3.7, vedi
1711 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1712 % ma non è mai stata inserita.
1713
1714 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1715 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo utilizzando una serie
1716 di chiamate a \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è
1717   che queste chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor,
1718   incorrendo in una perdita di prestazioni qualora il numero di file
1719   descriptor sia molto grande; per questo è stato proposto di introdurre come
1720   estensione una funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con
1721   una sola chiamata le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso
1722 di \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1723 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1724 osservazione. Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file
1725 descriptor lo si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1726 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1727
1728 Anche se è possibile tenere sotto controllo lo stesso file descriptor in due
1729 istanze distinte di \textit{epoll} in genere questo è sconsigliato in quanto
1730 entrambe riceveranno le notifiche, e gestire correttamente le notifiche
1731 multiple richiede molta attenzione. Se invece si cerca di inserire due volte
1732 lo stesso file descriptor nella stessa istanza di \textit{epoll} la funzione
1733 fallirà con un errore di \errval{EEXIST}.  Tuttavia è possibile inserire nella
1734 stessa istanza file descriptor duplicati (si ricordi quanto visto in
1735 sez.~\ref{sec:file_dup}), una tecnica che può essere usata per registrarli con
1736 un valore diverso per \param{events} e classificare così diversi tipi di
1737 eventi.
1738
1739 Si tenga presente che quando si chiude un file descriptor questo, se era stato
1740 posto sotto osservazione da una istanza di \textit{epoll}, viene rimosso
1741 automaticamente solo nel caso esso sia l'unico riferimento al file aperto
1742 sottostante (più precisamente alla struttura \kstruct{file}, si ricordi
1743 fig.~\ref{fig:file_dup}) e non è necessario usare
1744 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}. Questo non avviene qualora esso sia stato duplicato
1745 (perché la suddetta struttura non viene disallocata) e si potranno ricevere
1746 eventi ad esso relativi anche dopo che lo si è chiuso; per evitare
1747 l'inconveniente è necessario rimuoverlo esplicitamente con
1748 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1749
1750 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1751 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1752 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1753 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1754 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1755 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1756   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1757   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1758   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1759   puntatore valido.}
1760
1761 \begin{figure}[!htb]
1762   \footnotesize \centering
1763   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1764     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1765   \end{minipage} 
1766   \normalsize 
1767   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1768     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1769     \textit{epoll}.}
1770   \label{fig:epoll_event}
1771 \end{figure}
1772
1773 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1774 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1775 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1776 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1777 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1778
1779 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1780 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1781 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1782 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Nella prima parte della tabella si sono indicate
1783 le costanti che permettono di indicare il tipo di evento, che sono le
1784 equivalenti delle analoghe di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} per
1785 \func{poll}. Queste sono anche quelle riportate nella struttura
1786 \struct{epoll\_event} restituita da \func{epoll\_wait} per indicare il tipo di
1787 evento presentatosi, insieme a quelle della seconda parte della tabella, che
1788 vengono comunque riportate anche se non le si sono impostate con
1789 \func{epoll\_ctl}. La terza parte della tabella contiene le costanti che
1790 modificano le modalità di notifica.
1791
1792 \begin{table}[htb]
1793   \centering
1794   \footnotesize
1795   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
1796     \hline
1797     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1798     \hline
1799     \hline
1800     \const{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1801                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1802     \const{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1803                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1804     \const{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1805                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1806                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1807                           della stessa (vedi
1808                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1809     \const{EPOLLPRI}    & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
1810                           disponibili in lettura (analogo di
1811                           \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1812                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1813                           in ingresso.\\ 
1814     \hline
1815     \const{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1816                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1817                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1818                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1819     \const{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1820                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1821                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1822     \hline
1823     \const{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1824                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1825     \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1826                           descriptor associato (questa modalità è disponibile
1827                           solo a partire dal kernel 2.6.2).\\
1828     \const{EPOLLWAKEUP} & Attiva la prevenzione della sospensione del sistema
1829                           se il file descriptor che si è marcato con esso
1830                           diventa pronto (aggiunto a partire dal kernel 3.5),
1831                           può essere impostato solo dall'amministratore (o da
1832                           un processo con la capacità
1833                           \const{CAP\_BLOCK\_SUSPEND}).\\ 
1834     \hline
1835   \end{tabular}
1836   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1837     \struct{epoll\_event}.}
1838   \label{tab:epoll_events}
1839 \end{table}
1840
1841 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1842   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo di
1843   un socket quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1844
1845 Il secondo campo, \var{data}, è una \direct{union} che serve a identificare il
1846 file descriptor a cui si intende fare riferimento, ed in astratto può
1847 contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse forme) che ne permetta
1848 una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo però è quello in cui si
1849 specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl} nella forma
1850 \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo stesso valore
1851 dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata identificazione del
1852 file descriptor.
1853
1854 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1855
1856 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1857 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1858 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1859 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  
1860
1861 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1862 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1863 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1864 di dati in blocchi separati (questo è tipico con i socket di rete, in quanto i
1865 dati arrivano a pacchetti) può causare una generazione di eventi (ad esempio
1866 segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la condizione è già
1867 stata rilevata (si avrebbe cioè una rottura della logica \textit{edge
1868   triggered}).
1869
1870 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1871 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1872 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1873 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1874 automaticamente disattivato (la cosa avviene contestualmente al ritorno di
1875 \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione) e per essere riutilizzato
1876 dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva chiamata con
1877 \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1878
1879 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1880 i relativi eventi, la funzione di sistema che consente di attendere
1881 l'occorrenza di uno di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1882
1883 \begin{funcproto}{
1884 \fhead{sys/epoll.h}
1885 \fdecl{int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
1886   int timeout)}
1887
1888 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.}
1889 }
1890
1891 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1892   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1893   \begin{errlist}
1894   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1895   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1896   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1897     della scadenza di \param{timeout}.
1898   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1899     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1900   \end{errlist}
1901 }  
1902 \end{funcproto}
1903
1904 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1905 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1906 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1907 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1908 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1909 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1910 con l'argomento \param{maxevents}.
1911
1912 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1913 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1914 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1915 indica di non attendere e ritornare immediatamente (anche in questo caso il
1916 valore di ritorno sarà nullo) o il valore $-1$, che indica un'attesa
1917 indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre un intero
1918 positivo.
1919
1920 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1921 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1922 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1923 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1924 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1925 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1926 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1927 identificare il file descriptor, ed è per questo che, come accennato, è
1928 consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.
1929
1930 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1931 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1932 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1933 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1934 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1935 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1936 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1937 luce delle modifiche.
1938
1939 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1940 il ritorno di \func{epoll\_wait} avviene solo quando il file descriptor ha
1941 cambiato stato diventando pronto. Esso non sarà riportato nuovamente fino ad
1942 un altro cambiamento di stato, per cui occorre assicurarsi di aver
1943 completamente esaurito le operazioni su di esso.  Questa condizione viene
1944 generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di \errcode{EAGAIN} al
1945 ritorno di una \func{read} o una \func{write}, (è opportuno ricordare ancora
1946 una volta che l'uso dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui
1947 file in modalità non bloccante) ma questa non è la sola modalità possibile, ad
1948 esempio la condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono
1949 stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
1950
1951 Si tenga presente che in modalità \textit{edge triggered}, dovendo esaurire le
1952 attività di I/O dei file descriptor risultati pronti per poter essere
1953 rinotificati, la gestione elementare per cui li si trattano uno per uno in
1954 sequenza può portare ad un effetto denominato \textit{starvation}
1955 (``\textsl{carestia}'').  Si rischia cioè di concentrare le operazioni sul
1956 primo file descriptor che dispone di molti dati, prolungandole per tempi molto
1957 lunghi con un ritardo che può risultare eccessivo nei confronti di quelle da
1958 eseguire sugli altri che verrebbero dopo.  Per evitare questo tipo di
1959 problematiche viene consigliato di usare \func{epoll\_wait} per registrare un
1960 elenco dei file descriptor da gestire, e di trattarli a turno in maniera più
1961 equa.
1962
1963 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1964 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1965 contemporaneamente.  Valgono le osservazioni fatte in
1966 sez.~\ref{sec:file_select}, e per poterlo fare di nuovo è necessaria una
1967 variante della funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una
1968 \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali, analoga alle estensioni
1969 \func{pselect} e \func{ppoll} che abbiamo visto in precedenza per
1970 \func{select} e \func{poll}. In questo caso la funzione di sistema si chiama
1971 \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal
1972   kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di \textit{epoll}, specifica di
1973   Linux.} ed il suo prototipo è:
1974
1975 \begin{funcproto}{
1976 \fhead{sys/epoll.h}
1977 \fdecl{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1978     int timeout, \\
1979 \phantom{int epoll\_pwait(}const sigset\_t *sigmask)}
1980
1981 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando
1982     i segnali.}  }
1983
1984 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1985   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già
1986   visti con \funcd{epoll\_wait}.
1987
1988 }  
1989 \end{funcproto}
1990
1991 La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1992 uscita viene ripristinata la \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali
1993 originale, sostituita durante l'esecuzione da quella impostata con
1994 l'argomento \param{sigmask}; in sostanza la chiamata a questa funzione è
1995 equivalente al seguente codice, eseguito però in maniera atomica:
1996 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1997
1998 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1999 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
2000 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
2001 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
2002 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
2003 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
2004 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
2005
2006 \itindend{epoll}
2007
2008
2009 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
2010 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
2011
2012 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
2013 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
2014 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
2015 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili
2016 \itindex{race~condition} \textit{race condition} sono state introdotte
2017 estensioni dello standard POSIX e funzioni apposite come \func{pselect},
2018 \func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
2019
2020 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
2021 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
2022 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
2023 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
2024 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
2025 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
2026 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
2027 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
2028 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
2029 \textsl{sincrona}, come quelle dell'\textit{I/O multiplexing} appena
2030 illustrate.
2031
2032 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
2033 gli eventi a cui deve reagire in maniera sincrona generando le opportune
2034 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
2035 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
2036 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
2037 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
2038 \itindex{race~condition} \textit{race conditions}. In sostanza se non ci
2039 fossero i segnali non ci sarebbe da preoccuparsi, fintanto che si effettuano
2040 operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
2041 \index{system~call~lente} \textit{system call} lente che vengono interrotte e
2042 devono essere riavviate.
2043
2044 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
2045 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
2046 sincrona dei segnali, con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
2047 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
2048 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
2049 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
2050 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
2051 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
2052 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
2053 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
2054 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
2055 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
2056
2057 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
2058 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
2059 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
2060 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
2061 opportuni file descriptor. Ovviamente si tratta di una funzionalità specifica
2062 di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista da nessuno
2063 standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.
2064
2065 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
2066 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
2067 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
2068 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
2069 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
2070 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo
2071 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
2072 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
2073 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
2074
2075 La funzione di sistema che permette di abilitare la ricezione dei segnali
2076 tramite file descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella
2077   riportata è l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono
2078   infatti due versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
2079   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
2080   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
2081   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
2082   che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
2083   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
2084   \index{maschera~dei~segnali} maschera dei segnali, il cui valore viene
2085   impostato automaticamente dalle \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
2086
2087 \begin{funcproto}{
2088 \fhead{sys/signalfd.h}
2089 \fdecl{int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
2090
2091 \fdesc{Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.}
2092 }
2093
2094 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2095   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2096   \begin{errlist}
2097   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
2098   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2099     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
2100   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2101     dispositivo per la gestione anonima degli \itindex{inode} \textit{inode}
2102     associati al file descriptor.
2103   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2104     descriptor di \func{signalfd}.
2105   \end{errlist}
2106   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2107   
2108 }  
2109 \end{funcproto}
2110
2111 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
2112 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
2113 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
2114 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
2115 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
2116 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
2117 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
2118 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
2119 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
2120
2121 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
2122 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
2123 puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali creata con
2124 l'uso delle apposite macro già illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La
2125 maschera deve indicare su quali segnali si intende operare con
2126 \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato con una successiva chiamata a
2127 \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e \signal{SIGSTOP} non possono
2128 essere intercettati (e non prevedono neanche la possibilità di un gestore) un
2129 loro inserimento nella maschera verrà ignorato senza generare errori.
2130
2131 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
2132 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
2133 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
2134 impostazione successiva con \func{fcntl} (si ricordi che questo è un argomento
2135 aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
2136 per kernel precedenti il valore deve essere nullo).  L'argomento deve essere
2137 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2138 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2139
2140 \begin{table}[htb]
2141   \centering
2142   \footnotesize
2143   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2144     \hline
2145     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2146     \hline
2147     \hline
2148     \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2149                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2150     \const{SFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2151                            chiusura automatica del file descriptor nella
2152                            esecuzione di \func{exec}.\\
2153     \hline    
2154   \end{tabular}
2155   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2156     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2157   \label{tab:signalfd_flags}
2158 \end{table}
2159
2160 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2161 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2162 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2163 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2164 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2165 installato in precedenza). Il blocco non ha invece nessun effetto sul file
2166 descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile pertanto
2167 ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.
2168
2169 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2170 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2171 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2172 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2173 condizioni di gestione, né da un gestore, né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2174
2175 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2176 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2177 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2178 \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2179 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2180
2181 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2182 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2183 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2184 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2185 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2186 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2187 soltanto una volta. Questo significa che tutti i file descriptor su cui è
2188 presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le funzioni di
2189 \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su uno di essi il
2190 segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non saranno più
2191 disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una ulteriore
2192 occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.
2193
2194 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2195 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2196 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2197 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2198 imposto con \func{sigprocmask}.
2199
2200 Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
2201 descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
2202 sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2203 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2204 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2205 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2206 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2207 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2208 pendenti attraverso una \func{exec}.
2209
2210 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2211 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2212 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2213 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2214 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2215 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2216 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2217 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2218
2219 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2220 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2221 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2222 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2223 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2224 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2225 successivo con \func{fcntl}.  
2226
2227 \begin{figure}[!htb]
2228   \footnotesize \centering
2229   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
2230     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2231   \end{minipage} 
2232   \normalsize 
2233   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2234     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2235   \label{fig:signalfd_siginfo}
2236 \end{figure}
2237
2238 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2239 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2240 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2241 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2242 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2243 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2244 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2245 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2246 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2247
2248 \begin{figure}[!htb]
2249   \footnotesize \centering
2250   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2251     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2252   \end{minipage} 
2253   \normalsize 
2254   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2255     \file{FifoReporter.c}.}
2256   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2257 \end{figure}
2258
2259 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
2260 analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2261 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2262 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2263 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2264 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2265   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2266   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2267
2268 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2269 della interfaccia di \itindex{epoll} \textit{epoll}, si è scritto un programma
2270 elementare che stampi sullo standard output sia quanto viene scritto da terzi
2271 su una \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il
2272 codice completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2273 \texttt{FifoReporter.c}).
2274
2275 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2276 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2277 l'uso di \itindex{epoll} \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire
2278 (\texttt{\small 12-16}) dalla definizione delle varie variabili e strutture
2279 necessarie. Al solito si è tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle
2280 opzioni che consentono ad esempio di cambiare il nome del file associato alla
2281 \textit{fifo}.
2282
2283 Il primo passo (\texttt{\small 19-20}) è la creazione di un file descriptor
2284 \texttt{epfd} di \itindex{epoll} \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è
2285 quello che useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario
2286 disabilitare la ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT},
2287 \signal{SIGQUIT} e \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite
2288 file descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22-25})
2289 in una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali \texttt{sigmask} che
2290 useremo con (\texttt{\small 26}) \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la
2291 stessa maschera si potrà per passare all'uso (\texttt{\small 28-29}) di
2292 \func{signalfd} per abilitare la notifica sul file descriptor
2293 \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30-33}) dovrà essere aggiunto con
2294 \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor controllati con \texttt{epfd}.
2295
2296 Occorrerà infine (\texttt{\small 35-38}) creare la \textit{named fifo} se
2297 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39-40}); una
2298 volta fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2299 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \itindex{epoll} \textit{epoll} in maniera
2300 del tutto analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei
2301 segnali.
2302
2303 \begin{figure}[!htb]
2304   \footnotesize \centering
2305   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2306     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2307   \end{minipage} 
2308   \normalsize 
2309   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2310   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2311 \end{figure}
2312
2313 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2314 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2-45}) che si è riportato in
2315 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2316 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2317 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2-3}) la presenza di un file
2318 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait} (si ricordi che entrambi i
2319 file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in osservazioni
2320 per eventi di tipo \const{EPOLLIN}) che si bloccherà fintanto che non siano
2321 stati scritti dati sulla \textit{fifo} o che non sia arrivato un
2322 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2323   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2324   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2325   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2326   programma.}
2327
2328 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2329 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2330 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5-44}) sul numero
2331 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2332 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2333 del file descriptor riconosciuto come pronto, controllando cioè a quale dei
2334 due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2335 \var{events[i].data.fd}.
2336
2337 Il primo condizionale (\texttt{\small 6-24}) è relativo al caso che si sia
2338 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2339 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2340 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2341 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2342 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8-24}) che prosegue fintanto che vi
2343 siano dati da leggere.
2344
2345 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9-14}) se il valore di
2346 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2347 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2348 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2349 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati. Si ricordi infatti come
2350 sia la \textit{fifo} che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2351 modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2352 pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non vi
2353 saranno più dati da leggere.
2354
2355 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2356 (\texttt{\small 19-20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2357 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf} ed il \textit{pid}
2358 del processo da cui lo ha ricevuto;\footnote{per la stampa si è usato il
2359   vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale corrisponde il nome
2360   del segnale avente il numero corrispondente, la cui definizione si è omessa
2361   dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} per brevità.} inoltre
2362 (\texttt{\small 21-24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2363 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2364 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2365   fifo}.
2366  
2367 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26-39}) è invece relativo al caso in
2368 cui ci siano dati pronti in lettura sulla \textit{fifo} e che il file
2369 descriptor pronto corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si
2370 effettueranno le letture in un ciclo (\texttt{\small 28-39}) ripetendole fin
2371 tanto che la funzione \func{read} non restituisce un errore di
2372 \errcode{EAGAIN} (\texttt{\small 29-35}). Il procedimento è lo stesso adottato
2373 per il file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in
2374 caso di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire
2375 si stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.
2376
2377 Se invece vi sono dati validi letti dalla \textit{fifo} si inserirà
2378 (\texttt{\small 36}) una terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il
2379 tutto (\texttt{\small 37-38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo
2380 condizionale (\texttt{\small 40-44}) è semplicemente una condizione di cattura
2381 per una eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta
2382 alla uscita dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2383
2384 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2385 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2386 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2387 \begin{Console}
2388 piccardi@hain:~/gapil/sources$ \textbf{./a.out} 
2389 FifoReporter starting, pid 4568
2390 \end{Console}
2391 %$
2392 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2393 \begin{Console}
2394 root@hain:~# \textbf{echo prova > /tmp/reporter.fifo}  
2395 \end{Console}
2396 si otterrà:
2397 \begin{Console}
2398 Message from fifo:
2399 prova
2400 end message
2401 \end{Console}
2402 mentre inviando un segnale:
2403 \begin{Console}
2404 root@hain:~# \textbf{kill 4568}
2405 \end{Console}
2406 si avrà:
2407 \begin{Console}
2408 Signal received:
2409 Got SIGTERM       
2410 From pid 3361
2411 \end{Console}
2412 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2413 vedrà:
2414 \begin{Console}
2415 ^\\Signal received:
2416 Got SIGQUIT       
2417 From pid 0
2418 \end{Console}
2419 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2420 \begin{Console}
2421 ^CSignal received:
2422 Got SIGINT        
2423 From pid 0
2424 SIGINT means exit
2425 \end{Console}
2426
2427 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2428 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2429 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2430 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2431 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2432 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2433 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2434 timer. In realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd} per
2435 ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia semplifica
2436 notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola \textit{system
2437   call}.
2438
2439 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2440 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2441 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2442   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2443   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2444   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2445   supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2446   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2447   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione di sistema prevista,
2448 quella che consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui
2449 prototipo è:
2450
2451 \begin{funcproto}{
2452 \fhead{sys/timerfd.h}
2453 \fdecl{int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2454
2455 \fdesc{Crea un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2456 }
2457
2458 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2459   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2460   \begin{errlist}
2461   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2462     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2463     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2464     precedenti il 2.6.27.
2465   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2466     dispositivo per la gestione anonima degli \itindex{inode} \textit{inode}
2467     associati al file descriptor.
2468   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2469     descriptor di \func{signalfd}.
2470   \end{errlist}
2471   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2472 }  
2473 \end{funcproto}
2474
2475 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2476 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2477 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2478 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2479 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2480 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2481 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2482 restituito,\footnote{il flag è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27,
2483   per le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve
2484 essere specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2485 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2486
2487 \begin{table}[htb]
2488   \centering
2489   \footnotesize
2490   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2491     \hline
2492     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2493     \hline
2494     \hline
2495     \const{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2496                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2497     \const{TFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2498                            chiusura automatica del file descriptor nella
2499                            esecuzione di \func{exec}.\\
2500     \hline    
2501   \end{tabular}
2502   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2503     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2504     descriptor.}  
2505   \label{tab:timerfd_flags}
2506 \end{table}
2507
2508 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2509 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2510 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2511 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec} (a meno che
2512 non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2513 \const{TFD\_CLOEXEC}) e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2514 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2515 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2516 timer impostati con le funzioni ordinarie. Si ricordi infatti che, come
2517 illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali pendenti nel
2518 padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.
2519
2520 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2521 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2522 periodicità di ripetizione, per farlo si usa una funzione di sistema omologa
2523 di \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2524 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2525
2526 \begin{funcproto}{
2527 \fhead{sys/timerfd.h}
2528 \fdecl{int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2529                            const struct itimerspec *new\_value,\\
2530 \phantom{int timerfd\_settime(}struct itimerspec *old\_value)}
2531
2532 \fdesc{Arma un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2533 }
2534
2535 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2536   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2537   \begin{errlist}
2538   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2539     descriptor. 
2540   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2541     puntatori validi.
2542   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2543     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2544     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2545   \end{errlist}
2546 }  
2547 \end{funcproto}
2548
2549 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2550 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2551 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2552 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2553 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2554 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2555
2556 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2557 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2558 ripetere quanto detto in quell'occasione; per brevità si ricordi che
2559 con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2560 con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.  L'unica differenza
2561 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2562 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2563 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2564 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}
2565 (l'analogo di \const{TIMER\_ABSTIME}).
2566
2567 L'ultima funzione di sistema prevista dalla nuova interfaccia è
2568 \funcd{timerfd\_gettime}, che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo
2569 prototipo è:
2570
2571 \begin{funcproto}{
2572 \fhead{sys/timerfd.h}
2573 \fdecl{int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2574
2575 \fdesc{Legge l'impostazione di un timer associato ad un file descriptor di
2576   notifica.} 
2577 }
2578
2579 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2580   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2581   \begin{errlist}
2582   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2583     descriptor. 
2584   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2585     con \func{timerfd\_create}.
2586   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2587   \end{errlist}
2588 }  
2589 \end{funcproto}
2590
2591 La funzione consente di rileggere le impostazioni del timer associato al file
2592 descriptor \param{fd} nella struttura \struct{itimerspec} puntata
2593 da \param{curr\_value}. Il campo \var{it\_value} riporta il tempo rimanente
2594 alla prossima scadenza del timer, che viene sempre espresso in forma relativa,
2595 anche se lo si è armato specificando \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}. Un valore
2596 nullo (di entrambi i campi di \var{it\_value}) indica invece che il timer non
2597 è stato ancora armato. Il campo \var{it\_interval} riporta la durata
2598 dell'intervallo di ripetizione del timer, ed un valore nullo (di entrambi i
2599 campi) indica che il timer è stato impostato per scadere una sola volta.
2600
2601 Il timer creato con \func{timerfd\_create} notificherà la sua scadenza
2602 rendendo pronto per la lettura il file descriptor ad esso associato, che
2603 pertanto potrà essere messo sotto controllo con una qualunque delle varie
2604 funzioni dell'I/O multiplexing viste in precedenza. Una volta che il file
2605 descriptor risulta pronto sarà possibile leggere il numero di volte che il
2606 timer è scaduto con una ordinaria \func{read}. 
2607
2608 La funzione legge il valore in un dato di tipo \type{uint64\_t}, e necessita
2609 pertanto che le si passi un buffer di almeno 8 byte, fallendo con
2610 \errval{EINVAL} in caso contrario, in sostanza la lettura deve essere
2611 effettuata con una istruzione del tipo:
2612 \includecodesnip{listati/readtimerfd.c} 
2613
2614 Il valore viene restituito da \func{read} seguendo l'ordinamento dei bit
2615 (\textit{big-endian} o \textit{little-endian}) nativo della macchina in uso,
2616 ed indica il numero di volte che il timer è scaduto dall'ultima lettura
2617 eseguita con successo, o, se lo si legge per la prima volta, da quando lo si è
2618 impostato con \func{timerfd\_settime}. Se il timer non è scaduto la funzione
2619 si blocca fino alla prima scadenza, a meno di non aver creato il file
2620 descriptor in modalità non bloccante con \const{TFD\_NONBLOCK} o aver
2621 impostato la stessa con \func{fcntl}, nel qual caso fallisce con l'errore di
2622 \errval{EAGAIN}.
2623
2624
2625 % TODO trattare qui eventfd introdotto con il 2.6.22 
2626
2627
2628 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2629 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2630
2631 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2632 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2633 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2634 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2635 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2636 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2637 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2638 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2639 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
2640 \textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
2641 operazioni di I/O volute.
2642
2643
2644 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2645 \label{sec:signal_driven_io}
2646
2647 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2648
2649 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2650 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2651 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2652 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2653 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2654   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2655   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2656 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2657 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2658 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2659 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2660 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2661 questo modo.
2662
2663 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità il sistema
2664 genera un apposito segnale, \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa
2665 possibile leggere o scrivere dal file descriptor; si tenga presente però che
2666 essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo con socket, file di
2667 terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal kernel 2.6, per
2668 \textit{fifo} e \textit{pipe}. Inoltre è possibile, come illustrato in
2669 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando \const{F\_SETOWN}
2670 di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi dovrà ricevere il
2671 segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le operazioni di I/O in
2672 risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la necessità di restare
2673 bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai file.
2674
2675 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2676
2677 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2678 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2679 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
2680 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2681   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2682   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2683   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2684   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2685 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2686 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2687 buone prestazioni.
2688
2689 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2690 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2691 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2692 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2693 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2694 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2695 verrebbero notificati una volta sola.
2696
2697 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali \textit{real-time}, che
2698 vengono accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha
2699 emessi.  In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni
2700 aggiuntive restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando
2701 la forma estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2702 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2703 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2704
2705 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali
2706 \textit{real-time} (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando
2707 esplicitamente con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale
2708 \textit{real-time} da inviare in caso di I/O asincrono (il segnale predefinito
2709 è \signal{SIGIO}). In questo caso il gestore, tutte le volte che riceverà
2710 \const{SI\_SIGIO} come valore del campo \var{si\_code} di \struct{siginfo\_t},
2711 troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato
2712 il segnale. Si noti che il valore di\var{si\_code} resta \const{SI\_SIGIO}
2713 qualunque sia il segnale che si è associato all'I/O, in quanto indica che il
2714 segnale è stato generato a causa di attività di I/O.
2715
2716 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali \textit{real-time} è che essendo
2717 questi ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad
2718 uno solo file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità
2719 nella risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali
2720 \textit{real-time} supportano anche questa funzionalità. In questo modo si può
2721 identificare immediatamente un file su cui l'accesso è diventato possibile
2722 evitando completamente l'uso di funzioni come \func{poll} e \func{select},
2723 almeno fintanto che non si satura la coda.
2724
2725 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2726 più assicurare il comportamento corretto per un segnale \textit{real-time},
2727 invierà al suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati
2728 tutti i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali
2729 sono i file diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non
2730 avvenga è di impostare la lunghezza della coda dei segnali \textit{real-time}
2731 ad una dimensione identica al valore massimo del numero di file descriptor
2732 utilizzabili, vale a dire impostare il contenuto di
2733 \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2734 \sysctlfile{fs/file-max}.
2735
2736 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2737
2738 \itindend{signal~driven~I/O}
2739
2740
2741
2742 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2743 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2744
2745 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2746 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La risposta, o
2747 meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ \cite{UnixFAQ} viene
2748 anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered Question}, è che
2749 nell'architettura classica di Unix questo non è possibile. Al contrario di
2750 altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like classico non prevedeva
2751 alcun meccanismo per cui un processo possa essere \textsl{notificato} di
2752 eventuali modifiche avvenute su un file. 
2753
2754 Questo è il motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2755 modo se il loro file di configurazione è stato modificato, perché possano
2756 rileggerlo e riconoscere le modifiche; in genere questo vien fatto inviandogli
2757 un segnale di \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran
2758 parte di detti programmi, causa la rilettura della configurazione.
2759
2760 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2761 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2762 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2763 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2764 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2765 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2766 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2767 lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
2768 nessuna funzionalità di notifica.
2769
2770 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2771 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2772 interfaccia grafica quando si deve presentare all'utente lo stato del
2773 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2774 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2775 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2776 \itindex{polling} \textit{polling}.
2777
2778 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2779 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2780 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2781 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2782 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2783 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2784 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2785
2786 \itindbeg{file~lease} 
2787
2788 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2789 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2790   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2791 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2792 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2793 \textit{lease}.  La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in
2794 precedenza per l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al
2795 \textit{lease holder} il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere
2796 modificato usando il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} (anche in
2797 questo caso si può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}).
2798
2799 Se si è fatto questo (ed in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per
2800 utilizzare segnali \textit{real-time}) e se inoltre si è installato il gestore
2801 del segnale con \const{SA\_SIGINFO} si riceverà nel campo \var{si\_fd} della
2802 struttura \struct{siginfo\_t} il valore del file descriptor del file sul quale
2803 è stato compiuto l'accesso; in questo modo un processo può mantenere anche più
2804 di un \textit{file lease}.
2805
2806 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2807 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2808 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2809 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2810 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2811 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2812
2813 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2814 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2815 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2816 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2817 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2818 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2819 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2820 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2821
2822 \begin{table}[htb]
2823   \centering
2824   \footnotesize
2825   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2826     \hline
2827     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2828     \hline
2829     \hline
2830     \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2831     \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2832     \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2833     \hline    
2834   \end{tabular}
2835   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2836     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2837     \const{F\_GETLEASE}.} 
2838   \label{tab:file_lease_fctnl}
2839 \end{table}
2840
2841 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2842 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2843 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2844 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2845 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2846 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2847
2848 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2849 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2850 (\textit{pipe} e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non
2851 privilegiato può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente
2852 ad un \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2853 privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
2854 \const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
2855 \textit{lease} su qualunque file.
2856
2857 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2858 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2859 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2860   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2861     lease}.} la funzione si blocca (a meno di non avere aperto il file con
2862 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore di
2863 \errcode{EWOULDBLOCK}) e viene eseguita la notifica al \textit{lease holder},
2864 così che questo possa completare le sue operazioni sul file e rilasciare il
2865 \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si rilevano i
2866 tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un altro
2867 processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i tentativi di
2868 accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di notifica avvengono
2869 solo in fase di apertura del file e non sulle singole operazioni di lettura e
2870 scrittura.
2871
2872 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2873 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2874 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2875 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2876 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2877 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2878 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2879 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2880 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2881 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2882 \const{F\_RDLCK}.
2883
2884 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2885 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2886 \sysctlfile{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo o
2887 declassarlo automaticamente (questa è una misura di sicurezza per evitare che
2888 un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file acquisendo un
2889 \textit{lease}). Una volta che un \textit{lease} è stato rilasciato o
2890 declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal kernel è lo
2891 stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal \textit{lease
2892   breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2893
2894 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2895 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2896 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2897 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2898   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2899   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2900   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2901   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2902 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2903
2904 \itindbeg{dnotify}
2905
2906 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2907 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2908   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2909   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2910   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2911 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2912 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2913 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2914 può utilizzare un altro, e di nuovo, per le ragioni già esposte in precedenza,
2915 è opportuno che si utilizzino dei segnali \textit{real-time}.  Inoltre, come
2916 in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file descriptor
2917 che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2918 \struct{siginfo\_t}.
2919
2920 \itindend{file~lease}
2921
2922 \begin{table}[htb]
2923   \centering
2924   \footnotesize
2925   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2926     \hline
2927     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2928     \hline
2929     \hline
2930     \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2931                          \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2932     \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2933                          fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2934                          \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2935     \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2936                          l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2937                          \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2938                          \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2939                          directory).\\
2940     \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2941                          l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2942                          (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2943     \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2944                          directory (con \func{rename}).\\
2945     \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2946                          l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2947                          \func{utime}.\\ 
2948     \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2949                          eventi.\\ 
2950     \hline    
2951   \end{tabular}
2952   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2953     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2954   \label{tab:file_notify}
2955 \end{table}
2956
2957 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2958 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2959 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2960 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2961 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2962 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2963 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2964
2965 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2966 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2967 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2968 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2969 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2970 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2971 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2972 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2973 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2974 specificare un valore nullo.
2975
2976 \itindbeg{inotify}
2977
2978 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2979 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2980 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2981 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2982 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2983 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2984 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2985
2986 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2987 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2988 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2989 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2990 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2991 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2992 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2993 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2994 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2995
2996 \itindend{dnotify}
2997
2998 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2999 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
3000 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
3001   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
3002 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
3003 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
3004 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
3005 di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}.  La
3006 coda viene creata attraverso la funzione di sistema \funcd{inotify\_init}, il
3007 cui prototipo è:
3008
3009 \begin{funcproto}{
3010 \fhead{sys/inotify.h}
3011 \fdecl{int inotify\_init(void)}
3012 \fdesc{Inizializza una istanza di \textit{inotify}.}
3013 }
3014
3015 {La funzione ritornaun file descriptor in caso di successo, o $-1$ in caso di
3016   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3017   \begin{errlist}
3018   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
3019     \textit{inotify} consentite all'utente.
3020   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
3021     nel sistema.
3022   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
3023     l'istanza.
3024   \end{errlist}
3025 }
3026 \end{funcproto}
3027
3028 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
3029 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
3030 effettuate le operazioni di notifica; si tratta di un file descriptor speciale
3031 che non è associato a nessun file su disco, e che viene utilizzato solo per
3032 notificare gli eventi che sono stati posti in osservazione. Per evitare abusi
3033 delle risorse di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero
3034 limitato di istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di
3035 128, ma questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3036 \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_instances}.
3037
3038 Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o directory
3039 reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui file sono
3040 tenuti sotto osservazione viene completamente eliminato; anzi, una delle
3041 capacità dell'interfaccia di \textit{inotify} è proprio quella di notificare
3042 il fatto che il filesystem su cui si trova il file o la directory osservata è
3043 stato smontato.
3044
3045 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
3046 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
3047 con l'interfaccia di \textit{epoll}, ed a partire dal kernel 2.6.25 è stato
3048 introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
3049 \texttt{signal-driven I/O}.  Siccome gli eventi vengono notificati come dati
3050 disponibili in lettura, dette funzioni ritorneranno tutte le volte che si avrà
3051 un evento di notifica. 
3052
3053 Così, invece di dover utilizzare i segnali, considerati una pessima scelta dal
3054 punto di vista dell'interfaccia utente, si potrà gestire l'osservazione degli
3055 eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
3056 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
3057 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
3058 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate. Infine l'interfaccia di
3059 \textit{inotify} consente di mettere sotto osservazione, oltre che una
3060 directory, anche singoli file.
3061
3062 Una volta creata la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere
3063 sotto osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di
3064   osservazione} (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire
3065 la lista di osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni di sistema, la
3066 prima di queste è \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
3067
3068 \begin{funcproto}{
3069 \fhead{sys/inotify.h}
3070 \fdecl{int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
3071 \fdesc{Aggiunge un evento di osservazione a una lista di osservazione.} 
3072 }
3073
3074 {La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo, o $-1$ per un
3075   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3076   \begin{errlist}
3077   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
3078   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
3079     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
3080   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
3081     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
3082   \end{errlist}
3083   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF} nel loro
3084   significato generico.}
3085 \end{funcproto}
3086
3087 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
3088 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
3089 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
3090 nell'argomento \param{fd}, che ovviamente dovrà essere un file descriptor
3091 creato con \func{inotify\_init}.  Il file o la directory da porre sotto
3092 osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
3093 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
3094 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
3095 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
3096 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
3097   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
3098   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3099   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre un solo
3100 file descriptor.
3101
3102 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
3103 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
3104 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
3105 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
3106 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
3107 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
3108 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
3109 flag della prima parte.
3110
3111 \begin{table}[htb]
3112   \centering
3113   \footnotesize
3114   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{8cm}|}
3115     \hline
3116     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
3117     \hline
3118     \hline
3119     \const{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
3120                                           lettura.\\  
3121     \const{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
3122                                           dell'\itindex{inode} \textit{inode}
3123                                           (o sugli attributi estesi, vedi
3124                                           sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
3125     \const{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3126                                           scrittura.\\  
3127     \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3128                                           sola lettura.\\
3129     \const{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
3130                                           directory in una directory sotto
3131                                           osservazione.\\  
3132     \const{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
3133                                           directory in una directory sotto
3134                                           osservazione.\\ 
3135     \const{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
3136                                           directory) sotto osservazione.\\ 
3137     \const{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
3138     \const{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
3139                                           directory) sotto osservazione.\\ 
3140     \const{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
3141                                           directory sotto osservazione.\\ 
3142     \const{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
3143                                           directory sotto osservazione.\\ 
3144     \const{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
3145     \hline    
3146     \const{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
3147                                           \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
3148                                           \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
3149     \const{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
3150                                           \const{IN\_MOVED\_FROM} e
3151                                           \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
3152     \const{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
3153                                           possibili.\\
3154     \hline    
3155   \end{tabular}
3156   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3157     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
3158     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
3159   \label{tab:inotify_event_watch}
3160 \end{table}
3161
3162 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
3163 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
3164 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
3165 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
3166   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
3167   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3168 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3169 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3170 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3171
3172 \begin{table}[htb]
3173   \centering
3174   \footnotesize
3175   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3176     \hline
3177     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3178     \hline
3179     \hline
3180     \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3181                               link simbolico.\\
3182     \const{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3183                               nell'argomento \param{mask}, invece di
3184                               sovrascriverli.\\
3185     \const{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
3186                               sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
3187                                 list}.\\ 
3188     \const{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3189                               soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3190                               quelli per i file che contiene.\\ 
3191     \hline    
3192   \end{tabular}
3193   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3194     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3195     modalità di osservazione.} 
3196   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3197 \end{table}
3198
3199 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3200 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3201 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3202 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3203 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3204
3205 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3206 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3207 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3208 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3209 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3210 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3211 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3212 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3213 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3214
3215 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3216 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3217   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3218 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3219 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3220 sarà più notificato.
3221
3222 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3223 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3224 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3225 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3226 la eventuale rimozione dello stesso. 
3227
3228 La seconda funzione di sistema per la gestione delle code di notifica, che
3229 permette di rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch},
3230 ed il suo prototipo è:
3231
3232 \begin{funcproto}{
3233 \fhead{sys/inotify.h}
3234 \fdecl{int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3235 \fdesc{Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.} 
3236 }
3237
3238 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3239   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
3240   \begin{errlist}
3241   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3242     valido.
3243   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3244     non è associato ad una coda di notifica.
3245   \end{errlist}
3246 }
3247 \end{funcproto}
3248
3249 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3250 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3251 \param{wd}; ovviamente deve essere usato per questo argomento un valore
3252 ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore di
3253 \errval{EINVAL}. In caso di successo della rimozione, contemporaneamente alla
3254 cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3255 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3256 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3257 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3258 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3259 \func{inotify\_rm\_watch}.
3260
3261 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3262 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3263 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3264 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3265 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3266 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3267 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3268 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3269
3270 \begin{figure}[!htb]
3271   \footnotesize \centering
3272   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3273     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3274   \end{minipage} 
3275   \normalsize 
3276   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3277     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3278   \label{fig:inotify_event}
3279 \end{figure}
3280
3281 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3282 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3283 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}), il numero di byte disponibili
3284 in lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3285 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3286   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3287   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3288 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3289 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3290 il numero di file che sono cambiati.
3291
3292 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3293 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3294 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3295 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3296 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3297 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3298 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3299 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori aggiuntivi di
3300 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag} (questi compaiono solo nel campo
3301 \var{mask} di \struct{inotify\_event}, e non sono utilizzabili in fase di
3302 registrazione dell'osservatore).
3303
3304 \begin{table}[htb]
3305   \centering
3306   \footnotesize
3307   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3308     \hline
3309     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3310     \hline
3311     \hline
3312     \const{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3313                              esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3314                              che in maniera implicita per la rimozione 
3315                              dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3316                              filesystem su cui questo si trova.\\
3317     \const{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3318                              (consente così di distinguere, quando si pone
3319                              sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3320                              relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3321                              essa contiene).\\
3322     \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3323                              eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3324                              caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3325     \const{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3326                              osservazione è stato smontato.\\
3327     \hline    
3328   \end{tabular}
3329   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3330     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3331   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3332 \end{table}
3333
3334 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima che viene
3335   controllata dal parametro di sistema
3336   \sysctlfile{fs/inotify/max\_queued\_events}, che indica il numero massimo di
3337   eventi che possono essere mantenuti sulla stessa; quando detto valore viene
3338   ecceduto gli ulteriori eventi vengono scartati, ma viene comunque generato
3339   un evento di tipo \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3340
3341 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3342 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3343 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3344 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3345 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3346
3347 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3348 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3349 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3350 (come \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativo alla directory
3351 osservata) e la relativa dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre
3352 restituito come stringa terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione,
3353 a seconda di eventuali necessità di allineamento del risultato, ed il valore
3354 di \var{len} corrisponde al totale della dimensione di \var{name}, zeri
3355 aggiuntivi compresi. La stringa con il nome del file viene restituita nella
3356 lettura subito dopo la struttura \struct{inotify\_event}; questo significa che
3357 le dimensioni di ciascun evento di \textit{inotify} saranno pari a
3358 \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) + len}.
3359
3360 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3361 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3362 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3363 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3364 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3365 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3366
3367 \begin{figure}[!htbp]
3368   \footnotesize \centering
3369   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3370     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3371   \end{minipage}
3372   \normalsize
3373   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3374   \label{fig:inotify_monitor_example}
3375 \end{figure}
3376
3377 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo del programma inizia
3378 controllando (\texttt{\small 11-15}) che sia rimasto almeno un argomento che
3379 indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e qualora questo
3380 non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che passa
3381 (\texttt{\small 16-20}) all'inizializzazione di \textit{inotify} ottenendo con
3382 \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (o si esce in caso di
3383 errore).
3384
3385 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21-30}) alla coda di
3386 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3387 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3388 (\texttt{\small 22-29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3389 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3390 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3391 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3392 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3393 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3394 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3395
3396 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3397 (\texttt{\small 32-56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3398 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3399 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3400 si saranno verificati eventi.
3401
3402 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3403 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3404 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3405 approssimativamente 512 eventi (si ricordi che la quantità di dati restituita
3406 da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza del nome del
3407 file restituito insieme a \struct{inotify\_event}). In caso di errore di
3408 lettura (\texttt{\small 35-40}) il programma esce con un messaggio di errore
3409 (\texttt{\small 37-39}), a meno che non si tratti di una interruzione della
3410 \textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la lettura.
3411
3412 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3413   43-52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3414 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3415 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3416 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna alla variabile
3417 \var{event} (si noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del
3418 puntatore) l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3419 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3420 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3421 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3422 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3423 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3424
3425 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3426 si stampa (\texttt{\small 47-49}); si noti come in questo caso si sia
3427 controllato il valore del campo \var{event->len} e non il fatto che
3428 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo. L'interfaccia infatti,
3429 qualora il nome non sia presente, non tocca il campo \var{event->name}, che
3430 si troverà pertanto a contenere quello che era precedentemente presente nella
3431 rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il puntatore al nome di
3432 un file osservato in precedenza.
3433
3434 Si utilizza poi (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che
3435 interpreta il valore del campo \var{event->mask}, per stampare il tipo di
3436 eventi accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto
3437   non essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare
3438   direttamente i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si
3439 provvede ad aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento
3440 successivo.
3441
3442 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3443 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3444 tipo di:
3445 \begin{Console}
3446 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ \textbf{./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/}
3447 Watch descriptor 1
3448 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3449 IN_OPEN, 
3450 Watch descriptor 1
3451 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3452 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3453 \end{Console}
3454 %$
3455
3456 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3457 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3458 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3459 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3460 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3461 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3462 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3463 tale evenienza non si verificherà mai.
3464
3465 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3466 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3467 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3468 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3469 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3470 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3471 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3472 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3473   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3474   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3475   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3476   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3477 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3478 chiamata di \func{read}.
3479
3480 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3481 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3482 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3483 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3484 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3485 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3486 raggruppati in un solo evento.
3487
3488 \itindend{inotify}
3489
3490 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3491 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3492
3493
3494 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3495 \label{sec:file_asyncronous_io}
3496
3497 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3498 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3499   asincrono} o ``AIO''. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le
3500 funzioni di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di
3501 ritornare, così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad
3502 esempio possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da
3503 poter effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3504
3505 Benché la modalità di apertura asincrona di un file vista in
3506 sez.~\ref{sec:signal_driven_io} possa risultare utile in varie occasioni (in
3507 particolar modo con i socket e gli altri file per i quali le funzioni di I/O
3508 sono \index{system~call~lente} \textit{system call} lente), essa è comunque
3509 limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor per le
3510 operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime.  Lo
3511 standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
3512 e proprio,\footnote{questa è stata ulteriormente perfezionata nelle successive
3513   versioni POSIX.1-2001 e POSIX.1-2008.} che prevede un insieme di funzioni
3514 dedicate per la lettura e la scrittura dei file, completamente separate
3515 rispetto a quelle usate normalmente.
3516
3517 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3518 implementata sia direttamente nel kernel che in user space attraverso l'uso di
3519 \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti
3520 esiste una implementazione di questa interfaccia fornita completamente delle
3521 \acr{glibc} a partire dalla versione 2.1, che è realizzata completamente in
3522 user space, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
3523 \file{librt}. A partire dalla versione 2.5.32 è stato introdotto nel kernel
3524 una nuova infrastruttura per l'I/O asincrono, ma ancora il supporto è parziale
3525 ed insufficiente ad implementare tutto l'AIO POSIX.
3526
3527 Lo standard POSIX prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano
3528 controllate attraverso l