Merge branch 'master' of ssh://roach.truelite.it/srv/git/gapil
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2018 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 \chapter{La gestione avanzata dei file}
12 \label{cha:file_advanced}
13
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 \textit{append mode}, quando più processi scrivono
33 contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
34 in cui essi opereranno.
35
36 Questo causa la possibilità di una \textit{race condition}; in generale le
37 situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che scrive e
38 altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni scritte
39 solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi processi
40 scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul file.
41
42 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
43 evitare le \textit{race condition}, attraverso una serie di funzioni che
44 permettono di bloccare l'accesso al file da parte di altri processi, così da
45 evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di
46 lettura o scrittura.
47
48
49 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
50 \label{sec:file_record_locking}
51
52 La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
53 sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
54   locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
55   come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale della
56   \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary file
57     lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
58   mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
59     locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
60   ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
61   riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
62   mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
63 processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
64 esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. 
65
66 Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite
67 comunque e non risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock};
68 pertanto è sempre compito dei vari processi che intendono usare il
69 \textit{file locking}, controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi
70 prima di accedervi, utilizzando le relative funzioni.
71
72 In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock};\footnote{di
73   seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
74   nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
75   \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
76   processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
77   \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
78 \textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
79 file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
80 parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
81 richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
82 proteggere il loro accesso in lettura.
83
84 La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
85 \textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
86 lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
87 scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
88 processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
89 proteggere il suo accesso in scrittura.
90
91 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
92   locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
93 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
94 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
95 \func{fcntl}.  I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
96 indipendente nelle due interfacce (in realtà con Linux questo avviene solo
97 dalla serie 2.0 dei kernel) che pertanto possono coesistere senza
98 interferenze.
99
100 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
101 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
102 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
103 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file.  Se il blocco viene acquisito
104 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
105 comportamento non bloccante) viene posto in stato di \textit{sleep}. Una volta
106 finite le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco.
107
108 La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
109 tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
110 tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
111 corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
112 nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
113 della richiesta.
114
115 \begin{table}[htb]
116   \centering
117   \footnotesize
118    \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
119     \hline
120     \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
121     \cline{2-4}
122                 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
123     \hline
124     \hline
125     \textit{Read lock} & esecuzione & esecuzione & blocco \\
126     \textit{Write lock}& esecuzione & blocco & blocco \\
127     \hline    
128   \end{tabular}
129   \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
130   \label{tab:file_file_lock}
131 \end{table}
132
133 Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
134 permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
135 che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di blocco che
136 si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
137 apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
138 un \textit{write lock}).
139
140 %%  Si ricordi che
141 %% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
142 %% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
143 %% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
144
145
146 \subsection{La funzione \func{flock}} 
147 \label{sec:file_flock}
148
149 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
150 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione di sistema
151 usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il
152 suo prototipo è:
153
154 \begin{funcproto}{
155 \fhead{sys/file.h}
156 \fdecl{int flock(int fd, int operation)}
157 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
158 }
159
160 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
161   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
162   \begin{errlist}
163   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale
164     nell'attesa dell'acquisizione di un \textit{file lock}.
165   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido
166     per \param{operation}.
167   \item[\errcode{ENOLCK}] il kernel non ha memoria sufficiente per gestire il
168     \textit{file lock}.
169   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
170     specificato \const{LOCK\_NB}.
171   \end{errlist}
172   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.
173 }
174 \end{funcproto}
175
176 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
177 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
178 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
179 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
180 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
181
182 \begin{table}[htb]
183   \centering
184   \footnotesize
185   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
186     \hline
187     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
188     \hline
189     \hline
190     \constd{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
191     \constd{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
192     \constd{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
193     \constd{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
194                         richiesta di un \textit{file lock}.\\
195     \hline    
196   \end{tabular}
197   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
198   \label{tab:file_flock_operation}
199 \end{table}
200
201 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
202 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
203 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
204 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
205 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
206 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
207 usare direttamente \const{LOCK\_UN}.
208
209 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
210 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
211   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
212 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
213 facendo fallire la riacquisizione.
214
215 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
216 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
217 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
218 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
219 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
220 funzionalità.
221
222 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
223 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
224 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
225 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
226 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
227 per entrambe le interfacce.
228
229 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
230 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
231 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
232 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
233 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
234 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di \textit{inode}, dato
235 che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
236 diversi che aprono lo stesso file.
237
238 In particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
239 \textit{file lock} sono mantenuti in una \textit{linked list} di strutture
240 \kstructd{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
241 mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \kstruct{inode} (per le
242 definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{include/linux/fs.h} nei
243 sorgenti del kernel).  Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si
244 tratta di un lock in semantica BSD (\constd{FL\_FLOCK}) o POSIX
245 (\constd{FL\_POSIX}) o un \textit{file lease} (\constd{FL\_LEASE}, vedi
246 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}).
247
248 \begin{figure}[!htb]
249   \centering
250   \includegraphics[width=12cm]{img/file_flock}
251   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
252     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
253   \label{fig:file_flock_struct}
254 \end{figure}
255
256 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
257 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
258 un nuovo elemento (cioè l'aggiunta di una nuova struttura
259 \kstruct{file\_lock}).  Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la
260 semantica della funzione prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino
261 ulteriori istanze di un \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori
262 riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema
263 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file
264   lock} un puntatore alla voce nella \textit{file table} da cui si è richiesto
265 il blocco, che così ne identifica il titolare. Il puntatore è mantenuto nel
266 campo \var{fl\_file} di \kstruct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i
267 \textit{file lock} creati con la semantica BSD.
268
269 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
270 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
271 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \textit{file table}
272 corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se ricordiamo quanto
273 visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè
274 che i file descriptor duplicati e quelli ereditati in un processo figlio
275 puntano sempre alla stessa voce nella \textit{file table}, si può capire
276 immediatamente quali sono le conseguenze nei confronti delle funzioni
277 \func{dup} e \func{fork}.
278
279 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
280 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
281   table}, anche se questo è diverso da quello con cui lo si è
282 creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file descriptor fa
283   riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa della
284   \textit{file table}, come accade tutte le volte che si apre più volte lo
285   stesso file.} o se si esegue la rimozione in un processo figlio. Inoltre una
286 volta tolto un \textit{file lock} su un file, la rimozione avrà effetto su
287 tutti i file descriptor che condividono la stessa voce nella \textit{file
288   table}, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una
289 \func{fork}, anche per processi diversi.
290
291 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
292 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
293 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
294 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
295 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
296 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \textit{file table};
297 e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento
298 alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci siano duplicati o
299 processi figli che mantengono ancora aperto un file descriptor, il
300 \textit{file lock} non viene rilasciato.
301  
302
303 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
304 \label{sec:file_posix_lock}
305
306 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
307 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione di sistema
308 \func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici
309 possibilità di utilizzo in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si
310 impiega per il \textit{file locking} essa viene usata solo secondo il seguente
311 prototipo:
312
313 \begin{funcproto}{
314 \fhead{fcntl.h}
315 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
316 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
317 }
318
319 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
320   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
321   \begin{errlist}
322     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
323       \textit{file lock} da parte di altri processi.
324     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
325       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
326       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
327       un \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema riconosca sempre
328       questa situazione.
329     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
330       di poter acquisire un \textit{file lock}.
331     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
332       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
333       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
334   \end{errlist}
335   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
336 \end{funcproto}
337
338 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
339 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
340 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
341 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
342 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
343 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
344 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
345 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
346 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
347 con un'altra regione bloccata.
348
349 \begin{figure}[!htb]
350   \footnotesize \centering
351   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
352     \includestruct{listati/flock.h}
353   \end{minipage} 
354   \normalsize 
355   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
356     \textit{file locking}.}
357   \label{fig:struct_flock}
358 \end{figure}
359
360 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
361 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
362 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
363 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
364 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
365 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
366 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
367 relative descrizioni in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}).
368
369 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
370 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
371 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
372 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
373 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
374 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
375 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
376
377 Lo standard POSIX non richiede che \var{l\_len} sia positivo, ed a partire dal
378 kernel 2.4.21 è possibile anche indicare valori di \var{l\_len} negativi, in
379 tal caso l'intervallo coperto va da \var{l\_start}$+$\var{l\_len} a
380 \var{l\_start}$-1$, mentre per un valore positivo l'intervallo va da
381 \var{l\_start} a \var{l\_start}$+$\var{l\_len}$-1$. Si può però usare un
382 valore negativo soltanto se l'inizio della regione indicata non cade prima
383 dell'inizio del file, mentre come accennato con un valore positivo  si
384 può anche indicare una regione che eccede la dimensione corrente del file.
385
386 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
387 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
388 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
389 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
390 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
391 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
392 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
393 \textit{file lock}.
394
395 \begin{table}[htb]
396   \centering
397   \footnotesize
398   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
399     \hline
400     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
401     \hline
402     \hline
403     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
404     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
405     \constd{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
406     \hline    
407   \end{tabular}
408   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
409   \label{tab:file_flock_type}
410 \end{table}
411
412 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
413 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
414 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl},
415 specifica l'azione da compiere; i valori utilizzabili relativi al \textit{file
416   locking} sono tre:
417 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
418 \item[\constd{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
419   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
420   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
421   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
422   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
423 \item[\constd{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
424   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
425   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia; nel
426   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
427   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
428   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
429 \item[\constd{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
430   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
431   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
432   rilasciato; se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
433   con un errore di \errcode{EINTR}.
434 \end{basedescript}
435
436 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
437 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
438 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
439 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
440 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
441 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
442 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
443 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
444 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
445 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
446 per indicare quale è la regione bloccata.
447
448 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
449 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
450 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
451 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
452 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
453   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
454   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
455 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
456 stato effettivamente acquisito.
457
458 \begin{figure}[!htb]
459   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
460   \caption{Schema di una situazione di \textit{deadlock}.}
461   \label{fig:file_flock_dead}
462 \end{figure}
463
464 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
465 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
466 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
467 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
468 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
469 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
470 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
471 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
472 porta ad un \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche il processo 2 si
473 bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.  Per questo motivo
474 il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo, ed impedirle
475 restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che cerca di
476 acquisire un blocco che porterebbe ad un \textit{deadlock}.
477
478 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
479 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
480 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
481 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
482 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
483 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}. In questo caso nella figura si sono
484 evidenziati solo i campi di \kstructd{file\_lock} significativi per la
485 semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
486 \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene bloccata
487 grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è comunque la
488 stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è impostato il bit
489 \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene usato. Il blocco è
490 sempre associato all'\textit{inode}, solo che in questo caso la titolarità non
491 viene identificata con il riferimento ad una voce nella \textit{file table},
492 ma con il valore del \ids{PID} del processo.
493
494 \begin{figure}[!htb]
495   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
496   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
497     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
498   \label{fig:file_posix_lock}
499 \end{figure}
500
501 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
502 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la \textit{linked
503     list} delle strutture \kstruct{file\_lock}, scartando automaticamente
504   quelle per cui \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due
505   interfacce restano ben separate.}  per verificare se la regione richiesta
506 non si sovrappone ad una già bloccata, in caso affermativo decide in base al
507 tipo di blocco, in caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed
508 aggiunto alla lista.
509
510 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
511 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
512 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
513 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
514 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
515 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
516 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
517 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
518 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
519
520 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
521 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
522 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
523 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
524 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
525 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
526 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
527 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
528 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
529
530 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
531 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
532 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
533 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
534 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
535 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
536 avranno sempre successo.  Nel caso della semantica BSD, essendo i lock
537 relativi a tutto un file e non accumulandosi,\footnote{questa ultima
538   caratteristica è vera in generale, se cioè si richiede più volte lo stesso
539   \textit{file lock}, o più blocchi sulla stessa sezione di file, le richieste
540   non si cumulano e basta una sola richiesta di rilascio per cancellare il
541   blocco.}  la cosa non ha alcun effetto; la funzione ritorna con successo,
542 senza che il kernel debba modificare la lista dei \textit{file lock}.
543
544 Con i \textit{file lock} POSIX invece si possono avere una serie di situazioni
545 diverse: ad esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più
546 \textit{file lock} distinti (indicando in una regione che si sovrapponga
547 completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo una parte di un
548 blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella di un altro
549 blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri \textit{file
550   lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si sovrappongono le
551 regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.
552
553 Il comportamento seguito in questo caso è che la funzione ha successo ed
554 esegue l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
555 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
556   lock} per far sì che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
557 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
558
559 \begin{figure}[!htbp]
560   \footnotesize \centering
561   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
562     \includecodesample{listati/Flock.c}
563   \end{minipage}
564   \normalsize 
565   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
566   \label{fig:file_flock_code}
567 \end{figure}
568
569 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
570 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
571 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
572 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
573 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
574
575 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
576 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
577 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
578 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
579 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
580 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
581   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
582 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
583 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
584 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
585 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
586 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
587 \cmd{-b}.
588
589 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11-14}) che venga passato
590 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
591   15-18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
592 uscendo (\texttt{\small 20-23}) in caso di errore. A questo punto il
593 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
594 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
595 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
596 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
597 modalità bloccante.
598
599 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25-34}) prima si
600 controlla (\texttt{\small 27-31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
601 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
602 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
603 aggiunta la relativa opzione, con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
604 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
605 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
606 immediate si prepara (\texttt{\small 36-40}) la struttura per il lock, e lo
607 si esegue (\texttt{\small 41}).
608
609 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
610 risultato uscendo (\texttt{\small 44-46}) in caso di errore, o stampando un
611 messaggio (\texttt{\small 47-49}) in caso di successo. Infine il programma si
612 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
613 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
614 tutti i blocchi vengono rilasciati.
615
616 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
617 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
618 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
619
620 \begin{Console}
621 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r Flock.c}
622 Lock acquired
623 \end{Console}
624 %$
625 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
626 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
627 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
628 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
629 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
630 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
631
632 \begin{Console}
633 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w Flock.c}
634 Failed lock: Resource temporarily unavailable
635 \end{Console}
636 %$
637 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
638 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
639 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
640 del file con il comando:
641
642 \begin{Console}
643 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
644 Failed lock: Resource temporarily unavailable
645 \end{Console}
646 %$
647 se invece blocchiamo una regione con: 
648
649 \begin{Console}
650 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s0 -l10 Flock.c}
651 Lock acquired
652 \end{Console}
653 %$
654 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
655 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
656 regioni si sovrappongono avremo che:
657
658 \begin{Console}
659 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s5 -l15  Flock.c}
660 Failed lock: Resource temporarily unavailable
661 \end{Console}
662 %$
663 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
664 avremo che:
665
666 \begin{Console}
667 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s11 -l15  Flock.c}
668 Lock acquired
669 \end{Console}
670 %$
671 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
672 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
673
674 \begin{Console}
675 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s10 -l20 Flock.c}
676 Failed lock: Resource temporarily unavailable
677 \end{Console}
678 %$
679 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
680
681 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
682 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
683 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
684 opzione:
685
686 \begin{Console}
687 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c} Lock acquired
688 \end{Console}
689 %$
690 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
691 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
692 essere acquisito otterremo:
693
694 \begin{Console}
695 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
696 \end{Console}
697 %$
698 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
699 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
700 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
701 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
702
703 \begin{Console}
704 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
705 Lock acquired
706 \end{Console}
707 %$
708
709 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
710 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
711 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
712 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
713 BSD:
714
715 \begin{Console}
716 [root@gont sources]# \textbf{./flock -f -w Flock.c}
717 Lock acquired
718 \end{Console}
719 %$
720 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
721 questo motivo occorre sempre tenere presente quale, fra le due semantiche
722 disponibili, stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
723 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
724
725 % \subsection{La funzione \func{lockf}}
726 % \label{sec:file_lockf}
727
728 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
729 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
730 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
731 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata che utilizza la
732 funzione \funcd{lockf},\footnote{la funzione è ripresa da System V e per
733   poterla utilizzare è richiesta che siano definite le opportune macro, una
734   fra \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}, oppure
735   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad un valore di almeno 500, oppure
736   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}.} il cui
737 prototipo è:
738
739 \begin{funcproto}{
740 \fhead{unistd.h}
741 \fdecl{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
742 \fdesc{Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock}.} 
743 }
744
745 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
746   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
747   \begin{errlist}
748   \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, e si sono richiesti
749     \const{F\_TLOCK} o \const{F\_TEST} (in alcuni casi può dare anche
750     \errcode{EACCESS}.
751   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor aperto o si sono
752     richiesti \const{F\_LOCK} o \const{F\_TLOCK} ma il file non è scrivibile.
753   \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per \param{cmd}.
754   \end{errlist}
755   ed inoltre \errcode{EDEADLK} e \errcode{ENOLCK} con lo stesso significato
756   che hanno con \func{fcntl}.
757 }
758 \end{funcproto}
759   
760 La funzione opera sul file indicato dal file descriptor \param{fd}, che deve
761 essere aperto in scrittura, perché utilizza soltanto \textit{lock}
762 esclusivi. La sezione di file bloccata viene controllata dal valore
763 di \param{len}, che indica la lunghezza della stessa, usando come riferimento
764 la posizione corrente sul file. La sezione effettiva varia a secondo del
765 segno, secondo lo schema illustrato in fig.~\ref{fig:file_lockf_boundary}, se
766 si specifica un valore nullo il file viene bloccato a partire dalla posizione
767 corrente fino alla sua fine presente o futura (nello schema corrisponderebbe
768 ad un valore infinito positivo).
769
770 \begin{figure}[!htb] 
771   \centering
772   \includegraphics[width=10cm]{img/lockf_boundary}
773   \caption{Schema della sezione di file bloccata con \func{lockf}.}
774   \label{fig:file_lockf_boundary}
775 \end{figure}
776
777 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore
778 dell'argomento \param{cmd}, che specifica quale azione eseguire, i soli valori
779 consentiti sono i seguenti:
780
781 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
782 \item[\constd{F\_LOCK}] Richiede un \textit{lock} esclusivo sul file, e blocca
783   il processo chiamante se, anche parzialmente, la sezione indicata si
784   sovrappone ad una che è già stata bloccata da un altro processo; in caso di
785   sovrapposizione con un altro blocco già ottenuto le sezioni vengono unite.
786 \item[\constd{F\_TLOCK}] Richiede un \textit{exclusive lock}, in maniera
787   identica a \const{F\_LOCK}, ma in caso di indisponibilità non blocca il
788   processo restituendo un errore di \errval{EAGAIN}.
789 \item[\constd{F\_ULOCK}] Rilascia il blocco sulla sezione indicata, questo può
790   anche causare la suddivisione di una sezione bloccata in precedenza nelle
791   due parti eccedenti nel caso si sia indicato un intervallo più limitato.
792 \item[\constd{F\_TEST}] Controlla la presenza di un blocco sulla sezione di
793   file indicata, \func{lockf} ritorna $0$ se la sezione è libera o bloccata
794   dal processo stesso, o $-1$ se è bloccata da un altro processo, nel qual
795   caso \var{errno} assume il valore \errval{EAGAIN} (ma su alcuni sistemi può
796   essere restituito anche \errval{EACCESS}).
797 \end{basedescript}
798
799 La funzione è semplicemente una diversa interfaccia al \textit{file locking}
800 POSIX ed è realizzata utilizzando \func{fcntl}; pertanto la semantica delle
801 operazioni è la stessa di quest'ultima e quindi la funzione presenta lo stesso
802 comportamento riguardo gli effetti della chiusura dei file, ed il
803 comportamento sui file duplicati e nel passaggio attraverso \func{fork} ed
804 \func{exec}. Per questo stesso motivo la funzione non è equivalente a
805 \func{flock} e può essere usata senza interferenze insieme a quest'ultima.
806
807 % TODO trattare i POSIX file-private lock introdotti con il 3.15, 
808 % vedi http://lwn.net/Articles/586904/ correlato:
809 % http://www.samba.org/samba/news/articles/low_point/tale_two_stds_os2.html 
810
811 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
812 \label{sec:file_mand_locking}
813
814 \itindbeg{mandatory~locking}
815
816 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
817 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
818 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
819 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
820 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
821 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
822
823 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
824 utilizzo particolare del bit \acr{sgid} dei permessi dei file. Se si ricorda
825 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
826 utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene eseguito un
827 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
828 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
829 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
830 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
831 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
832 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
833   locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
834   sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
835   cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
836   non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
837     locking}.}
838
839 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
840 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
841 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
842 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
843   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \acr{sgid}, ma non è detto
844   che sia così facile fare questa operazione con un sistema bloccato.}
845 inoltre con il \textit{mandatory locking} si può bloccare completamente un
846 server NFS richiedendo una lettura su un file su cui è attivo un blocco. Per
847 questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory locking} è di norma
848 disabilitata, e deve essere attivata filesystem per filesystem in fase di
849 montaggio, specificando l'apposita opzione di \func{mount} riportata in
850 sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}, o con l'opzione \code{-o mand} per il
851 comando omonimo.
852
853 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
854 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
855 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
856 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
857 per \func{fcntl}.
858
859 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
860 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
861 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
862 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
863 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
864 direttamente il \textit{file locking}.
865
866 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
867 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
868 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
869 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
870 di \errcode{EAGAIN}.
871
872 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
873 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
874 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
875 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
876 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
877
878 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
879 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
880 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
881 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
882 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
883 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
884 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
885 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
886 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
887
888 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
889 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (vedi
890 sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti, quando si esegue
891 la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un accesso al contenuto
892 del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile eseguire il
893 \textit{memory mapping} di un file su cui sono presenti dei
894 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
895   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
896   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
897   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
898 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
899   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
900   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
901 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
902 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
903 possibilità di modificare il file.
904
905 Si tenga conto infine che su Linux l'implementazione corrente del
906 \textit{mandatory locking} è difettosa e soffre di una \textit{race
907   condition}, per cui una scrittura con \func{write} che si sovrapponga alla
908 richiesta di un \textit{read lock} può modificare i dati anche dopo che questo
909 è stato ottenuto, ed una lettura con \func{read} può restituire dati scritti
910 dopo l'ottenimento di un \textit{write lock}. Lo stesso tipo di problema si
911 può presentare anche con l'uso di file mappati in memoria; pertanto allo stato
912 attuale delle cose è sconsigliabile fare affidamento sul \textit{mandatory
913   locking}.
914
915 % TODO il supporto è stato reso opzionale nel 4.5, verrà eliminato nel futuro
916 % (vedi http://lwn.net/Articles/667210/)
917
918 \itindend{file~locking}
919
920 \itindend{mandatory~locking}
921
922
923 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
924 \label{sec:file_multiplexing}
925
926
927 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
928 su molti file usando le funzioni illustrate in
929 sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec:files_std_interface} è che
930 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
931 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
932 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
933 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
934 I/O.
935
936
937 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
938 \label{sec:file_noblocking}
939
940 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
941 \textit{fast} e \textit{slow} \textit{system call}, che in certi casi le
942 funzioni di I/O eseguite su un file descriptor possono bloccarsi
943 indefinitamente. Questo non avviene mai per i file normali, per i quali le
944 funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito, ma può avvenire per
945 alcuni file di dispositivo, come ad esempio una seriale o un terminale, o con
946 l'uso di file descriptor collegati a meccanismi di intercomunicazione come le
947 \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ed i socket (vedi
948 sez.~\ref{sec:sock_socket_def}). In casi come questi ad esempio una operazione
949 di lettura potrebbe bloccarsi se non ci sono dati disponibili sul descrittore
950 su cui la si sta effettuando.
951
952 Questo comportamento è alla radice di una delle problematiche più comuni che
953 ci si trova ad affrontare nella gestione delle operazioni di I/O: la necessità
954 di operare su più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi
955 indefinitamente senza che sia possibile prevedere quando questo può
956 avvenire. Un caso classico è quello di un server di rete (tratteremo la
957 problematica in dettaglio nella seconda parte della guida) in attesa di dati
958 in ingresso prevenienti da vari client.
959
960 In un caso di questo tipo, se si andasse ad operare sui vari file descriptor
961 aperti uno dopo l'altro, potrebbe accadere di restare bloccati nell'eseguire
962 una lettura su uno di quelli che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne
963 potrebbe essere un altro con dati disponibili. Questo comporta nel migliore
964 dei casi una operazione ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di
965 quella bloccata, mentre nel peggiore dei casi, quando la conclusione
966 dell'operazione bloccata dipende da quanto si otterrebbe dal file descriptor
967 ``\textsl{disponibile}'', si potrebbe addirittura arrivare ad un
968 \textit{deadlock}.
969
970 \itindbeg{polling}
971
972 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è possibile
973 prevenire questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file
974 in \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag
975 \const{O\_NONBLOCK} nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni
976 di lettura o scrittura eseguite sul file che si sarebbero bloccate ritornano
977 immediatamente, restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa
978 modalità di I/O permette di risolvere il problema controllando a turno i vari
979 file descriptor, in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non
980 viene garantito. Ovviamente questa tecnica, detta \textit{polling}, è
981 estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
982 eseguire in continuazione delle \textit{system call} che nella gran parte dei
983 casi falliranno.
984
985 \itindend{polling}
986
987 É appunto per superare questo problema è stato introdotto il concetto di
988 \textit{I/O multiplexing}, una nuova modalità per la gestione dell'I/O che
989 consente di tenere sotto controllo più file descriptor in contemporanea,
990 permettendo di bloccare un processo quando le operazioni di lettura o
991 scrittura non sono immediatamente effettuabili, e di riprenderne l'esecuzione
992 una volta che almeno una di quelle che erano state richieste diventi
993 possibile, in modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare
994 bloccati.
995
996 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
997 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
998 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
999 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
1000 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
1001 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
1002
1003
1004 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
1005 \label{sec:file_select}
1006
1007 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
1008   multiplexing} è stato BSD, con la funzione \funcd{select} che è apparsa in
1009 BSD4.2 ed è stata standardizzata in BSD4.4, in seguito è stata portata su
1010 tutti i sistemi che supportano i socket, compreso le varianti di System V ed
1011 inserita in POSIX.1-2001; il suo prototipo è:\footnote{l'header
1012   \texttt{sys/select.h} è stato introdotto con POSIX.1-2001, è ed presente con
1013   la \acr{glibc} a partire dalla versione 2.0, in precedenza, con le
1014   \acr{libc4} e \acr{libc5}, occorreva includere \texttt{sys/time.h},
1015   \texttt{sys/types.h} e \texttt{unistd.h}.}
1016
1017 \begin{funcproto}{
1018 \fhead{sys/select.h}
1019 \fdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
1020     *exceptfds, \\
1021 \phantom{int select(}struct timeval *timeout)}
1022 \fdesc{Attende che uno fra i file descriptor degli insiemi specificati diventi
1023   attivo.} 
1024 }
1025 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1026   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1027   \begin{errlist}
1028   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor non valido
1029     (chiuso o con errori) in uno degli insiemi.
1030   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1031   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1032     o un valore non valido per \param{timeout}.
1033   \end{errlist}
1034   ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.}
1035 \end{funcproto}
1036
1037 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
1038 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
1039 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1040 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1041 \param{timeout}.
1042
1043 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1044
1045 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1046 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1047 \typed{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1048 maniera analoga a come un \textit{signal set} (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigset})
1049 identifica un insieme di segnali. Per la manipolazione di questi \textit{file
1050   descriptor set} si possono usare delle opportune macro di preprocessore:
1051
1052 {\centering
1053 \vspace{3pt}
1054 \begin{funcbox}{
1055 \fhead{sys/select.h}
1056 \fdecl{void \macrod{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1057 \fdesc{Inizializza l'insieme (vuoto).} 
1058 \fdecl{void \macrod{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1059 \fdesc{Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.} 
1060 \fdecl{void \macrod{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1061 \fdesc{Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.} 
1062 \fdecl{int \macrod{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1063 \fdesc{Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.} 
1064 }
1065 \end{funcbox}}
1066
1067
1068 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1069 \macrod{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1070 al limite per il numero massimo di file aperti (ad esempio in Linux, fino alla
1071 serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo), ma da quando, nelle
1072 versioni più recenti del kernel, questo limite è stato rimosso, esso indica le
1073 dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file descriptor set}, ed il
1074 suo valore, secondo lo standard POSIX 1003.1-2001, è definito in
1075 \headfile{sys/select.h}, ed è pari a 1024.
1076
1077 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1078 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1079 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili. Allo stesso modo
1080 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1081 eccede \macro{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1082
1083 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1084 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1085 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1086   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1087   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
1088 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1089 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni come i
1090 dati urgenti su un socket, (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1091
1092 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1093 \macro{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente, la funzione richiede di
1094 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1095 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1096 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1097 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1098 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno. Si ricordi infatti che
1099 i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1100 valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo,
1101 dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore comune.
1102
1103 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con il puntatore ad una struttura
1104 di tipo \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un
1105 tempo massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a
1106 \val{NULL} la funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un
1107 tempo nullo (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a
1108 zero), qualora si voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file
1109 descriptor, e così può essere utilizzata eseguire il \textit{polling} su un
1110 gruppo di file descriptor. Usare questo argomento con tutti i \textit{file
1111   descriptor set} vuoti è un modo portabile, disponibile anche su sistemi in
1112 cui non sono disponibili le funzioni avanzate di sez.~\ref{sec:sig_timer_adv},
1113 per tenere un processo in stato di \textit{sleep} con precisioni inferiori al
1114 secondo.
1115
1116 In caso di successo la funzione restituisce il numero di file descriptor
1117 pronti, seguendo il comportamento previsto dallo standard
1118 POSIX.1-2001,\footnote{si tenga però presente che esistono alcune versioni di
1119   Unix che non si comportano in questo modo, restituendo un valore positivo
1120   generico.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per indicare quali sono i
1121 file descriptor pronti per le operazioni ad esso relative, in modo da poterli
1122 controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece scade il tempo indicato
1123 da \param{timout} viene restituito un valore nullo e i \textit{file descriptor
1124   set} non vengono modificati. In caso di errore la funzione restituisce $-1$, i
1125 valori dei tre insiemi e di \param{timeout} sono indefiniti e non si può fare
1126 nessun affidamento sul loro contenuto; nelle versioni più recenti della
1127 funzione invece i \textit{file descriptor set} non vengono modificati anche in
1128 caso di errore.
1129
1130 Si tenga presente infine che su Linux, in caso di programmazione
1131 \textit{multi-thread} se un file descriptor viene chiuso in un altro
1132 \textit{thread} rispetto a quello in cui si sta usando \func{select}, questa
1133 non subisce nessun effetto. In altre varianti di sistemi unix-like invece
1134 \func{select} ritorna indicando che il file descriptor è pronto, con
1135 conseguente possibile errore nel caso lo si usi senza che sia stato
1136 riaperto. Lo standard non prevede niente al riguardo e non si deve dare per
1137 assunto nessuno dei due comportamenti se si vogliono scrivere programmi
1138 portabili.
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 la \acr{glibc} nasconde 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 \headfiled{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 dalla
1191   \acr{glibc} 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header,
1192   la \acr{glibc} 2.0 contiene 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 dalla
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 maschera di segnali (si veda
1231 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  Nell'esecuzione la maschera dei segnali corrente
1232 viene sostituita da quella così indicata immediatamente prima di eseguire
1233 l'attesa, e viene poi ripristinata al ritorno della funzione. L'uso
1234 di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1235 \textit{race condition} quando oltre alla presenza di dati sui file descriptor
1236 come nella \func{select} ordinaria, ci si deve porre in attesa anche
1237 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 variabile globale e controllare questa nel corpo principale del
1242 programma; abbiamo visto in quell'occasione come questo lasci spazio a
1243 possibili \textit{race condition}, per cui diventa essenziale utilizzare
1244 \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire
1245 il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde
1246 evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe
1247 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 \textit{race condition}, perché se il segnale arriva prima
1256 della chiamata a \func{select}, questa non verrà interrotta, e la ricezione
1257 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 nella \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
1264   \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \textit{race condition}
1265   permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una soluzione alternativa,
1266   chiamata \itindex{self-pipe~trick} \textit{self-pipe trick}, che consiste
1267   nell'aprire una \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare
1268   \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare l'arrivo di
1269   un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del gestore dello
1270   stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima della chiamata di
1271   \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla presenza di dati sulla
1272   \textit{pipe}.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così che il
1273 precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1274 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1275 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1276 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1277 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1278
1279
1280 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1281 \label{sec:file_poll}
1282
1283 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1284 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta una
1285 interfaccia completamente diversa, basata sulla funzione di sistema
1286 \funcd{poll},\footnote{la funzione è prevista dallo standard XPG4, ed è stata
1287   introdotta in Linux come \textit{system call} a partire dal kernel 2.1.23 ed
1288   inserita nelle \acr{libc} 5.4.28, originariamente l'argomento \param{nfds}
1289   era di tipo \ctyp{unsigned int}, la funzione è stata inserita nello standard
1290   POSIX.1-2001 in cui è stato introdotto il tipo nativo \typed{nfds\_t}.} il
1291 cui prototipo è:
1292
1293 \begin{funcproto}{
1294 \fhead{sys/poll.h}
1295 \fdecl{int poll(struct pollfd *ufds, nfds\_t nfds, int timeout)}
1296 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1297   descriptor.} 
1298 }
1299
1300 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1301   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1302   \begin{errlist}
1303   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1304     degli insiemi.
1305   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1306   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1307     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1308   \end{errlist}
1309   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.}
1310 \end{funcproto}
1311
1312 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1313 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1314 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1315 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1316 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1317 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1318 immediato, e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1319 \textsl{non-bloccante}.
1320
1321 \begin{figure}[!htb]
1322   \footnotesize \centering
1323   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1324     \includestruct{listati/pollfd.h}
1325   \end{minipage} 
1326   \normalsize 
1327   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1328     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1329   \label{fig:file_pollfd}
1330 \end{figure}
1331
1332 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1333 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1334 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1335 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1336 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1337 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1338 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1339 risultato. 
1340
1341 Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente struttura sarà
1342 ignorata da \func{poll} ed il campo \var{revents} verrà azzerato, questo
1343 consente di eliminare temporaneamente un file descriptor dalla lista senza
1344 dover modificare il vettore \param{ufds}. Dato che i dati in ingresso sono del
1345 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1346 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1347 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1348
1349 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1350 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportate in
1351 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1352 suddivise in tre gruppi principali, nel primo gruppo si sono indicati i bit
1353 utilizzati per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per
1354 l'attività in uscita, infine il terzo gruppo contiene dei valori che vengono
1355 utilizzati solo nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di
1356 errore.
1357
1358 \begin{table}[htb]
1359   \centering
1360   \footnotesize
1361   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1362     \hline
1363     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1364     \hline
1365     \hline
1366     \constd{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1367     \constd{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1368     \constd{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1369     \constd{POLLPRI}   & È possibile la lettura di dati urgenti.\\ 
1370     \hline
1371     \constd{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1372     \constd{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1373     \constd{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1374     \hline
1375     \constd{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1376     \constd{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1377     \constd{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1378                         socket.\footnotemark\\ 
1379     \constd{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1380     \hline
1381     \constd{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1382     \hline    
1383   \end{tabular}
1384   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1385     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1386   \label{tab:file_pollfd_flags}
1387 \end{table}
1388
1389 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1390   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1391   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1392   socket, situazione che si viene chiamata appunto \textit{half-close}
1393   (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori dettagli in
1394   sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1395
1396 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1397 compatibilità con l'implementazione di System V che usa i cosiddetti
1398 ``\textit{stream}''. Si tratta di una interfaccia specifica di SysV non
1399 presente in Linux, che non ha nulla a che fare con gli \textit{stream} delle
1400 librerie standard del C visti in sez.~\ref{sec:file_stream}. Da essa derivano
1401 i nomi di alcune costanti poiché per quegli \textit{stream} sono definite tre
1402 classi di dati: \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In
1403 Linux la distinzione ha senso solo per i dati urgenti dei socket (vedi
1404 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll} reagisce
1405 alle varie condizioni dei socket torneremo in sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll},
1406 dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1407
1408 Le costanti relative ai diversi tipi di dati normali e prioritari che fanno
1409 riferimento alle implementazioni in stile System V sono \const{POLLRDNORM},
1410 \const{POLLWRNORM}, \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND}. Le prime due sono
1411 equivalenti rispettivamente a \const{POLLIN} e \const{POLLOUT},
1412 \const{POLLRDBAND} non viene praticamente mai usata su Linux mentre
1413 \const{POLLWRBAND} ha senso solo sui socket. In ogni caso queste costanti sono
1414 utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1415 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.
1416
1417 In caso di successo \func{poll} ritorna restituendo il numero di file (un
1418 valore positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa
1419 richieste o per i quali si è verificato un errore, avvalorando i relativi bit
1420 di \var{revents}. In caso di errori sui file vengono utilizzati i valori della
1421 terza sezione di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} che hanno significato solo
1422 per \var{revents} (se specificati in \var{events} vengono ignorati). Un valore
1423 di ritorno nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore
1424 negativo indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al
1425 solito tramite \var{errno}.
1426
1427 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1428 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1429 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1430 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}
1431 e la dimensione dei dati passati al kernel dipende solo dal numero dei file
1432 descriptor che si vogliono controllare, non dal loro valore. Infatti, anche se
1433 usando dei bit un \textit{file descriptor set} può essere più efficiente di un
1434 vettore di strutture \struct{pollfd}, qualora si debba osservare un solo file
1435 descriptor con un valore molto alto ci si troverà ad utilizzare inutilmente un
1436 maggiore quantitativo di memoria.
1437
1438 Inoltre con \func{select} lo stesso \textit{file descriptor set} è usato sia
1439 in ingresso che in uscita, e questo significa che tutte le volte che si vuole
1440 ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo da capo. Questa operazione, che
1441 può essere molto onerosa se i file descriptor da tenere sotto osservazione
1442 sono molti, non è invece necessaria con \func{poll}.
1443
1444 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1445 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1446 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1447 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1448 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1449
1450 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1451 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1452 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1453 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1454 prototipo è:
1455
1456 \begin{funcproto}{
1457 \fhead{sys/poll.h}
1458 \fdecl{int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, 
1459   const struct timespec *timeout, \\
1460 \phantom{int ppoll(}const sigset\_t *sigmask)} 
1461
1462 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file descriptor.}
1463 }
1464
1465 {La funzione ritorna il numero di file descriptor con attività in caso di
1466   successo, $0$ se c'è stato un timeout e $-1$ per un errore, nel qual caso
1467   \var{errno} assumerà uno dei valori:
1468   \begin{errlist}
1469   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1470     degli insiemi.
1471   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1472   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1473     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1474   \end{errlist}
1475 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.
1476 }  
1477 \end{funcproto}
1478
1479 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1480 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
1481 segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
1482 resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale.  L'uso
1483 di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
1484 manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
1485 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1486
1487 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1488 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1489 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1490 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la
1491 \textit{system call} che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione
1492 viene interrotta da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come
1493 per \func{pselect} la funzione di libreria fornita dalla \acr{glibc} maschera
1494 questo comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout} anche se
1495 in questo caso non esiste nessuno standard che richieda questo comportamento.
1496
1497 Infine anche per \func{poll} e \func{ppoll} valgono le considerazioni relative
1498 alla possibilità di avere delle notificazione spurie della disponibilità di
1499 accesso ai file descriptor illustrate per \func{select} in
1500 sez.~\ref{sec:file_select}, che non staremo a ripetere qui.
1501
1502 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1503 \label{sec:file_epoll}
1504
1505 \itindbeg{epoll}
1506
1507 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1508 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1509 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1510   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1511   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}.}
1512 in particolare nel caso in cui solo pochi di questi diventano attivi. Il
1513 problema in questo caso è che il tempo impiegato da \func{poll} a trasferire i
1514 dati da e verso il kernel è proporzionale al numero di file descriptor
1515 osservati, non a quelli che presentano attività.
1516
1517 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1518 eventi al secondo (il caso classico è quello di un server web di un sito con
1519 molti accessi) l'uso di \func{poll} comporta la necessità di trasferire avanti
1520 ed indietro da \textit{user space} a \textit{kernel space} una lunga lista di
1521 strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1522 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1523 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1524 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1525 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1526 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1527 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1528
1529 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1530 specialistiche (come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue} in BSD)
1531 il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le informazioni
1532 relative ai file descriptor osservati che presentano una attività, evitando
1533 così le problematiche appena illustrate. In genere queste prevedono che si
1534 registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto osservazione, e
1535 forniscono un meccanismo che notifica quali di questi presentano attività.
1536
1537 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1538 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1539   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1540   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1541   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1542 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1543 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1544 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1545 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1546 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1547 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1548 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1549 \textsl{pronto}.
1550
1551 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1552 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1553 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1554 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1555 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1556 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1557 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1558 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1559 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1560
1561 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1562 servizio è chiamata \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da
1563   Davide Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44,
1564   ma la sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66, il supporto
1565   è stato aggiunto nella \acr{glibc} a partire dalla versione 2.3.2.} anche se
1566 sono state in discussione altre interfacce con le quali effettuare lo stesso
1567 tipo di operazioni; \textit{epoll} è in grado di operare sia in modalità
1568 \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1569
1570 La prima versione di \textit{epoll} prevedeva l'uso di uno speciale file di
1571 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1572 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia ma poi si è passati all'uso di
1573 apposite \textit{system call}.  Il primo passo per usare l'interfaccia di
1574 \textit{epoll} è pertanto quello ottenere detto file descriptor chiamando una
1575 delle due funzioni di sistema \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},
1576 i cui prototipi sono:
1577
1578 \begin{funcproto}{
1579 \fhead{sys/epoll.h}
1580 \fdecl{int epoll\_create(int size)}
1581 \fdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1582
1583 \fdesc{Apre un file descriptor per \textit{epoll}.}
1584 }
1585 {Le funzioni ritornano un file descriptor per \textit{epoll} in caso di
1586   successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
1587   valori:
1588   \begin{errlist}
1589   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1590     positivo o non valido per \param{flags}.
1591   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1592     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1593     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1594   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1595     nel sistema.
1596   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1597     l'istanza.
1598   \end{errlist}
1599 }  
1600 \end{funcproto}
1601
1602 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor, detto anche
1603 \textit{epoll descriptor}; si tratta di un file descriptor speciale (per cui
1604 \func{read} e \func{write} non sono supportate) che viene associato alla
1605 infrastruttura utilizzata dal kernel per gestire la notifica degli eventi, e
1606 che può a sua volta essere messo sotto osservazione con una chiamata a
1607 \func{select}, \func{poll} o \func{epoll\_ctl}; in tal caso risulterà pronto
1608 quando saranno disponibili eventi da notificare riguardo i file descriptor da
1609 lui osservati.\footnote{è anche possibile inviarlo ad un altro processo
1610   attraverso un socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}) ma
1611   l'operazione non ha alcun senso dato che il nuovo processo non avrà a
1612   disposizione le copie dei file descriptor messe sotto osservazione tramite
1613   esso.} Una volta che se ne sia terminato l'uso si potranno rilasciare tutte
1614 le risorse allocate chiudendolo semplicemente con \func{close}.
1615
1616 Nel caso di \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare
1617 l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
1618 controllo, e costituiva solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di
1619 risorse sufficienti, non un valore massimo, ma a partire dal kernel 2.6.8 esso
1620 viene totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.
1621
1622 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata introdotta
1623 come estensione della precedente (è disponibile solo a partire dal kernel
1624 2.6.27) per poter passare dei flag di controllo come maschera binaria in fase
1625 di creazione del file descriptor. Al momento l'unico valore legale
1626 per \param{flags} (a parte lo zero) è \constd{EPOLL\_CLOEXEC}, che consente di
1627 impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1628 \textit{close-on-exec} (si è trattato il significato di \const{O\_CLOEXEC} in
1629 sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia necessaria una successiva
1630 chiamata a \func{fcntl}.
1631
1632 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1633 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1634 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione di sistema
1635 dell'interfaccia, \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1636
1637 \begin{funcproto}{
1638 \fhead{sys/epoll.h}
1639 \fdecl{int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1640
1641 \fdesc{Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.}
1642 }
1643
1644 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1645   caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1646   \begin{errlist}
1647   \item[\errcode{EBADF}] i file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1648     validi.
1649   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1650     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1651   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1652     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1653     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1654   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1655     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1656   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1657     l'operazione richiesta.
1658   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1659     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1660     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1661   \item[\errcode{EPERM}] il file associato a \param{fd} non supporta l'uso di
1662     \textit{epoll}.
1663   \end{errlist}
1664   }  
1665 \end{funcproto}
1666
1667 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1668 \textit{epoll}, \param{epfd}, che indica quale istanza di \textit{epoll} usare
1669 e deve pertanto essere stato ottenuto in precedenza con una chiamata a
1670 \func{epoll\_create} o \func{epoll\_create1}. L'argomento \param{fd} indica
1671 invece il file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo
1672 può essere un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche
1673 un altro file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1674
1675 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1676 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1677 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1678 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1679 delle operazioni cui fanno riferimento.
1680
1681 \begin{table}[htb]
1682   \centering
1683   \footnotesize
1684   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1685     \hline
1686     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1687     \hline
1688     \hline
1689     \constd{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1690                               \param{fd} alla lista dei file descriptor
1691                               controllati tramite \param{epfd}, in
1692                               \param{event} devono essere specificate le
1693                               modalità di osservazione.\\
1694     \constd{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1695                               descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1696                               \param{event}.\\
1697     \constd{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1698                               dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1699    \hline    
1700   \end{tabular}
1701   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1702     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1703   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1704 \end{table}
1705
1706 % era stata aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE in previsione del kernel 3.7, vedi
1707 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1708 % ma non è mai stata inserita.
1709
1710 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1711 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo utilizzando una serie
1712 di chiamate a \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è
1713   che queste chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor,
1714   incorrendo in una perdita di prestazioni qualora il numero di file
1715   descriptor sia molto grande; per questo è stato proposto di introdurre come
1716   estensione una funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con
1717   una sola chiamata le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso
1718 di \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1719 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1720 osservazione. Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file
1721 descriptor lo si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1722 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1723
1724 Anche se è possibile tenere sotto controllo lo stesso file descriptor in due
1725 istanze distinte di \textit{epoll} in genere questo è sconsigliato in quanto
1726 entrambe riceveranno le notifiche, e gestire correttamente le notifiche
1727 multiple richiede molta attenzione. Se invece si cerca di inserire due volte
1728 lo stesso file descriptor nella stessa istanza di \textit{epoll} la funzione
1729 fallirà con un errore di \errval{EEXIST}.  Tuttavia è possibile inserire nella
1730 stessa istanza file descriptor duplicati (si ricordi quanto visto in
1731 sez.~\ref{sec:file_dup}), una tecnica che può essere usata per registrarli con
1732 un valore diverso per \param{events} e classificare così diversi tipi di
1733 eventi.
1734
1735 Si tenga presente che quando si chiude un file descriptor questo, se era stato
1736 posto sotto osservazione da una istanza di \textit{epoll}, viene rimosso
1737 automaticamente solo nel caso esso sia l'unico riferimento al file aperto
1738 sottostante (più precisamente alla struttura \kstruct{file}, si ricordi
1739 fig.~\ref{fig:file_dup}) e non è necessario usare
1740 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}. Questo non avviene qualora esso sia stato duplicato
1741 (perché la suddetta struttura non viene disallocata) e si potranno ricevere
1742 eventi ad esso relativi anche dopo che lo si è chiuso; per evitare
1743 l'inconveniente è necessario rimuoverlo esplicitamente con
1744 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1745
1746 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1747 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1748 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1749 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1750 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1751 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1752   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1753   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1754   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1755   puntatore valido.}
1756
1757 \begin{figure}[!htb]
1758   \footnotesize \centering
1759   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1760     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1761   \end{minipage} 
1762   \normalsize 
1763   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1764     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1765     \textit{epoll}.}
1766   \label{fig:epoll_event}
1767 \end{figure}
1768
1769 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1770 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1771 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1772 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1773 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1774
1775 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1776 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1777 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1778 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Nella prima parte della tabella si sono indicate
1779 le costanti che permettono di indicare il tipo di evento, che sono le
1780 equivalenti delle analoghe di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} per
1781 \func{poll}. Queste sono anche quelle riportate nella struttura
1782 \struct{epoll\_event} restituita da \func{epoll\_wait} per indicare il tipo di
1783 evento presentatosi, insieme a quelle della seconda parte della tabella, che
1784 vengono comunque riportate anche se non le si sono impostate con
1785 \func{epoll\_ctl}. La terza parte della tabella contiene le costanti che
1786 modificano le modalità di notifica.
1787
1788 \begin{table}[htb]
1789   \centering
1790   \footnotesize
1791   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
1792     \hline
1793     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1794     \hline
1795     \hline
1796     \constd{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1797                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1798     \constd{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1799                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1800     \constd{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1801                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1802                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1803                           della stessa (vedi
1804                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1805     \constd{EPOLLPRI}    & Ci sono dati urgenti disponibili in lettura (analogo
1806                           di \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1807                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1808                           in ingresso.\\ 
1809     \hline
1810     \constd{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1811                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1812                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1813                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1814     \constd{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1815                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1816                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1817     \hline
1818     \constd{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1819                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1820     \constd{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1821                           descriptor associato (questa modalità è disponibile
1822                           solo a partire dal kernel 2.6.2).\\
1823     \constd{EPOLLWAKEUP} & Attiva la prevenzione della sospensione del sistema
1824                           se il file descriptor che si è marcato con esso
1825                           diventa pronto (aggiunto a partire dal kernel 3.5),
1826                           può essere impostato solo dall'amministratore (o da
1827                           un processo con la capacità
1828                           \const{CAP\_BLOCK\_SUSPEND}).\\ 
1829     \hline
1830   \end{tabular}
1831   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1832     \struct{epoll\_event}.}
1833   \label{tab:epoll_events}
1834 \end{table}
1835
1836 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1837   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo di
1838   un socket quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1839
1840 % TODO aggiunto con il kernel 4.5  EPOLLEXCLUSIVE, vedi
1841 % http://lwn.net/Articles/633422/#excl 
1842
1843 Il secondo campo, \var{data}, è una \dirct{union} che serve a identificare il
1844 file descriptor a cui si intende fare riferimento, ed in astratto può
1845 contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse forme) che ne permetta
1846 una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo però è quello in cui si
1847 specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl} nella forma
1848 \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo stesso valore
1849 dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata identificazione del
1850 file descriptor.
1851
1852 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1853
1854 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1855 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1856 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1857 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  
1858
1859 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1860 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1861 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1862 di dati in blocchi separati (questo è tipico con i socket di rete, in quanto i
1863 dati arrivano a pacchetti) può causare una generazione di eventi (ad esempio
1864 segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la condizione è già
1865 stata rilevata (si avrebbe cioè una rottura della logica \textit{edge
1866   triggered}).
1867
1868 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1869 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1870 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1871 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1872 automaticamente disattivato (la cosa avviene contestualmente al ritorno di
1873 \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione) e per essere riutilizzato
1874 dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva chiamata con
1875 \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1876
1877 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1878 i relativi eventi, la funzione di sistema che consente di attendere
1879 l'occorrenza di uno di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1880
1881 \begin{funcproto}{
1882 \fhead{sys/epoll.h}
1883 \fdecl{int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
1884   int timeout)}
1885
1886 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.}
1887 }
1888
1889 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1890   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1891   \begin{errlist}
1892   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1893   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1894   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1895     della scadenza di \param{timeout}.
1896   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1897     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1898   \end{errlist}
1899 }  
1900 \end{funcproto}
1901
1902 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1903 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1904 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1905 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1906 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1907 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1908 con l'argomento \param{maxevents}.
1909
1910 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1911 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1912 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1913 indica di non attendere e ritornare immediatamente (anche in questo caso il
1914 valore di ritorno sarà nullo) o il valore $-1$, che indica un'attesa
1915 indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre un intero
1916 positivo.
1917
1918 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1919 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1920 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1921 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1922 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1923 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1924 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1925 identificare il file descriptor, ed è per questo che, come accennato, è
1926 consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.
1927
1928 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1929 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1930 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1931 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1932 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1933 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1934 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1935 luce delle modifiche.
1936
1937 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1938 il ritorno di \func{epoll\_wait} avviene solo quando il file descriptor ha
1939 cambiato stato diventando pronto. Esso non sarà riportato nuovamente fino ad
1940 un altro cambiamento di stato, per cui occorre assicurarsi di aver
1941 completamente esaurito le operazioni su di esso.  Questa condizione viene
1942 generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di \errcode{EAGAIN} al
1943 ritorno di una \func{read} o una \func{write}, (è opportuno ricordare ancora
1944 una volta che l'uso dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui
1945 file in modalità non bloccante) ma questa non è la sola modalità possibile, ad
1946 esempio la condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono
1947 stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
1948
1949 Si tenga presente che in modalità \textit{edge triggered}, dovendo esaurire le
1950 attività di I/O dei file descriptor risultati pronti per poter essere
1951 rinotificati, la gestione elementare per cui li si trattano uno per uno in
1952 sequenza può portare ad un effetto denominato \textit{starvation}
1953 (``\textsl{carestia}'').  Si rischia cioè di concentrare le operazioni sul
1954 primo file descriptor che dispone di molti dati, prolungandole per tempi molto
1955 lunghi con un ritardo che può risultare eccessivo nei confronti di quelle da
1956 eseguire sugli altri che verrebbero dopo.  Per evitare questo tipo di
1957 problematiche viene consigliato di usare \func{epoll\_wait} per registrare un
1958 elenco dei file descriptor da gestire, e di trattarli a turno in maniera più
1959 equa.
1960
1961 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1962 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1963 contemporaneamente.  Valgono le osservazioni fatte in
1964 sez.~\ref{sec:file_select}, e per poterlo fare di nuovo è necessaria una
1965 variante della funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una
1966 maschera di segnali, analoga alle estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che
1967 abbiamo visto in precedenza per \func{select} e \func{poll}. In questo caso la
1968 funzione di sistema si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funzione è
1969   stata introdotta a partire dal kernel 2.6.19, ed è, come tutta l'interfaccia
1970   di \textit{epoll}, specifica di Linux.} ed il suo prototipo è:
1971
1972 \begin{funcproto}{
1973 \fhead{sys/epoll.h}
1974 \fdecl{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1975     int timeout, \\
1976 \phantom{int epoll\_pwait(}const sigset\_t *sigmask)}
1977
1978 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando
1979     i segnali.}  }
1980
1981 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1982   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già
1983   visti con \func{epoll\_wait}.
1984
1985 }  
1986 \end{funcproto}
1987
1988 La funzione è del tutto analoga \func{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1989 uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
1990 l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
1991 la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
1992 in maniera atomica:
1993 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1994
1995 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1996 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1997 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1998 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1999 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
2000 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
2001 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
2002
2003 \itindend{epoll}
2004
2005
2006 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
2007 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
2008
2009 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
2010 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
2011 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
2012 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili \textit{race
2013   condition} sono state introdotte estensioni dello standard POSIX e funzioni
2014 apposite come \func{pselect}, \func{ppoll} e \func{epoll\_pwait}.
2015
2016 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
2017 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
2018 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
2019 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
2020 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
2021 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
2022 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
2023 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
2024 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
2025 \textsl{sincrona}, come quelle dell'\textit{I/O multiplexing} appena
2026 illustrate.
2027
2028 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
2029 gli eventi a cui deve reagire in maniera sincrona generando le opportune
2030 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
2031 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
2032 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
2033 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
2034 \textit{race conditions}. In sostanza se non ci fossero i segnali non ci
2035 sarebbe da preoccuparsi, fintanto che si effettuano operazioni all'interno di
2036 un processo, della non atomicità delle \textit{system call} lente che vengono
2037 interrotte e devono essere riavviate.
2038
2039 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
2040 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
2041 sincrona dei segnali, con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
2042 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
2043 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
2044 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
2045 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
2046 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
2047 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
2048 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
2049 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
2050 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
2051
2052 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
2053 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
2054 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
2055 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
2056 opportuni file descriptor. Ovviamente si tratta di una funzionalità specifica
2057 di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista da nessuno
2058 standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.
2059
2060 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
2061 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
2062 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
2063 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
2064 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
2065 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \func{epoll\_wait}) allo
2066 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
2067 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
2068 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
2069
2070 La funzione di sistema che permette di abilitare la ricezione dei segnali
2071 tramite file descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella
2072   riportata è l'interfaccia alla funzione fornita dalla \acr{glibc}, esistono
2073   infatti due versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
2074   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con la
2075   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
2076   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
2077   che viene sempre usata a partire dalla \acr{glibc} 2.9, che prende un
2078   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
2079   maschera dei segnali, il cui valore viene impostato automaticamente dalla
2080   \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
2081
2082 \begin{funcproto}{
2083 \fhead{sys/signalfd.h}
2084 \fdecl{int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
2085
2086 \fdesc{Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.}
2087 }
2088
2089 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2090   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2091   \begin{errlist}
2092   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
2093   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2094     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
2095   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2096     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode}
2097     associati al file descriptor.
2098   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2099     descriptor di \func{signalfd}.
2100   \end{errlist}
2101   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2102   
2103 }  
2104 \end{funcproto}
2105
2106 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
2107 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
2108 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
2109 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
2110 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
2111 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
2112 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
2113 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
2114 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
2115
2116 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
2117 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
2118 puntatore ad una maschera di segnali creata con l'uso delle apposite macro già
2119 illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La maschera deve indicare su quali
2120 segnali si intende operare con \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato
2121 con una successiva chiamata a \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e
2122 \signal{SIGSTOP} non possono essere intercettati (e non prevedono neanche la
2123 possibilità di un gestore) un loro inserimento nella maschera verrà ignorato
2124 senza generare errori.
2125
2126 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
2127 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
2128 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
2129 impostazione successiva con \func{fcntl} (si ricordi che questo è un argomento
2130 aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
2131 per kernel precedenti il valore deve essere nullo).  L'argomento deve essere
2132 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2133 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2134
2135 \begin{table}[htb]
2136   \centering
2137   \footnotesize
2138   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2139     \hline
2140     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2141     \hline
2142     \hline
2143     \constd{SFD\_NONBLOCK}&imposta sul file descriptor il flag di
2144                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2145     \constd{SFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2146                            chiusura automatica del file descriptor nella
2147                            esecuzione di \func{exec}.\\
2148     \hline    
2149   \end{tabular}
2150   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2151     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2152   \label{tab:signalfd_flags}
2153 \end{table}
2154
2155 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2156 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2157 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2158 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2159 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2160 installato in precedenza). Il blocco non ha invece nessun effetto sul file
2161 descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile pertanto
2162 ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.
2163
2164 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2165 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2166 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2167 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2168 condizioni di gestione, né da un gestore, né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2169
2170 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2171 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2172 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2173 \func{poll} e \func{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2174 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2175
2176 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2177 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2178 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2179 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2180 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2181 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2182 soltanto una volta. Questo significa che tutti i file descriptor su cui è
2183 presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le funzioni di
2184 \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su uno di essi il
2185 segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non saranno più
2186 disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una ulteriore
2187 occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.
2188
2189 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2190 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2191 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2192 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2193 imposto con \func{sigprocmask}.
2194
2195 Oltre a poter essere usato con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing}, il
2196 file descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di
2197 un sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2198 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2199 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2200 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2201 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2202 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2203 pendenti attraverso una \func{exec}.
2204
2205 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2206 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2207 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2208 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2209 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2210 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2211 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2212 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2213
2214 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2215 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2216 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2217 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2218 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2219 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2220 successivo con \func{fcntl}.  
2221
2222 \begin{figure}[!htb]
2223   \footnotesize \centering
2224   \begin{minipage}[c]{0.95\textwidth}
2225     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2226   \end{minipage} 
2227   \normalsize 
2228   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2229     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2230   \label{fig:signalfd_siginfo}
2231 \end{figure}
2232
2233 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2234 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2235 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2236 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2237 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2238 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2239 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2240 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2241 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2242
2243 \begin{figure}[!htb]
2244   \footnotesize \centering
2245   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2246     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2247   \end{minipage} 
2248   \normalsize 
2249   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2250     \file{FifoReporter.c}.}
2251   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2252 \end{figure}
2253
2254 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella
2255 dell'analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2256 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2257 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2258 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2259 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2260   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2261   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2262
2263 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2264 della interfaccia di \textit{epoll}, si è scritto un programma elementare che
2265 stampi sullo \textit{standard output} sia quanto viene scritto da terzi su una
2266 \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il codice
2267 completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2268 \texttt{FifoReporter.c}).
2269
2270 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2271 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2272 l'uso di \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire (\texttt{\small 12-16})
2273 dalla definizione delle varie variabili e strutture necessarie. Al solito si è
2274 tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle opzioni che consentono ad
2275 esempio di cambiare il nome del file associato alla \textit{fifo}.
2276
2277 Il primo passo (\texttt{\small 19-20}) è la creazione di un file descriptor
2278 \texttt{epfd} di \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è quello che
2279 useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario disabilitare la
2280 ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT}, \signal{SIGQUIT} e
2281 \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite file
2282 descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22-25}) in una
2283 maschera di segnali \texttt{sigmask} che useremo con (\texttt{\small 26})
2284 \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la stessa maschera si potrà per
2285 passare all'uso (\texttt{\small 28-29}) di \func{signalfd} per abilitare la
2286 notifica sul file descriptor \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30-33})
2287 dovrà essere aggiunto con \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor
2288 controllati con \texttt{epfd}.
2289
2290 Occorrerà infine (\texttt{\small 35-38}) creare la \textit{named fifo} se
2291 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39-40}); una volta
2292 fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2293 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \textit{epoll} in maniera del tutto
2294 analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei segnali.
2295
2296 \begin{figure}[!htb]
2297   \footnotesize \centering
2298   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2299     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2300   \end{minipage} 
2301   \normalsize 
2302   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2303   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2304 \end{figure}
2305
2306 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2307 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2-45}) che si è riportato in
2308 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2309 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2310 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2-3}) la presenza di un file
2311 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait} (si ricordi che entrambi i
2312 file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in osservazioni
2313 per eventi di tipo \const{EPOLLIN}) che si bloccherà fintanto che non siano
2314 stati scritti dati sulla \textit{fifo} o che non sia arrivato un
2315 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2316   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2317   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2318   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2319   programma.}
2320
2321 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2322 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2323 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5-44}) sul numero
2324 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2325 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2326 del file descriptor riconosciuto come pronto, controllando cioè a quale dei
2327 due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2328 \var{events[i].data.fd}.
2329
2330 Il primo condizionale (\texttt{\small 6-24}) è relativo al caso che si sia
2331 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2332 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2333 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2334 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2335 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8-24}) che prosegue fintanto che vi
2336 siano dati da leggere.
2337
2338 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9-14}) se il valore di
2339 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2340 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2341 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2342 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati. Si ricordi infatti come
2343 sia la \textit{fifo} che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2344 modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2345 pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non vi
2346 saranno più dati da leggere.
2347
2348 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2349 (\texttt{\small 19-20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2350 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf} ed il \textit{pid}
2351 del processo da cui lo ha ricevuto;\footnote{per la stampa si è usato il
2352   vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale corrisponde il nome
2353   del segnale avente il numero corrispondente, la cui definizione si è omessa
2354   dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} per brevità.} inoltre
2355 (\texttt{\small 21-24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2356 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2357 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2358   fifo}.
2359  
2360 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26-39}) è invece relativo al caso in
2361 cui ci siano dati pronti in lettura sulla \textit{fifo} e che il file
2362 descriptor pronto corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si
2363 effettueranno le letture in un ciclo (\texttt{\small 28-39}) ripetendole fin
2364 tanto che la funzione \func{read} non restituisce un errore di
2365 \errcode{EAGAIN} (\texttt{\small 29-35}). Il procedimento è lo stesso adottato
2366 per il file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in
2367 caso di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire
2368 si stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.
2369
2370 Se invece vi sono dati validi letti dalla \textit{fifo} si inserirà
2371 (\texttt{\small 36}) una terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il
2372 tutto (\texttt{\small 37-38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo
2373 condizionale (\texttt{\small 40-44}) è semplicemente una condizione di cattura
2374 per una eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta
2375 alla uscita dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2376
2377 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2378 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2379 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2380 \begin{Console}
2381 piccardi@hain:~/gapil/sources$ \textbf{./a.out} 
2382 FifoReporter starting, pid 4568
2383 \end{Console}
2384 %$
2385 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2386 \begin{Console}
2387 root@hain:~# \textbf{echo prova > /tmp/reporter.fifo}  
2388 \end{Console}
2389 si otterrà:
2390 \begin{Console}
2391 Message from fifo:
2392 prova
2393 end message
2394 \end{Console}
2395 mentre inviando un segnale:
2396 \begin{Console}
2397 root@hain:~# \textbf{kill 4568}
2398 \end{Console}
2399 si avrà:
2400 \begin{Console}
2401 Signal received:
2402 Got SIGTERM       
2403 From pid 3361
2404 \end{Console}
2405 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2406 vedrà:
2407 \begin{Console}
2408 ^\\Signal received:
2409 Got SIGQUIT       
2410 From pid 0
2411 \end{Console}
2412 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2413 \begin{Console}
2414 ^CSignal received:
2415 Got SIGINT        
2416 From pid 0
2417 SIGINT means exit
2418 \end{Console}
2419
2420 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2421 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2422 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2423 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2424 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2425 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2426 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2427 timer. In realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd} per
2428 ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia semplifica
2429 notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola \textit{system
2430   call}.
2431
2432 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2433 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2434 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2435   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2436   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2437   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2438   supporto nella \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2439   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2440   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione di sistema prevista,
2441 quella che consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui
2442 prototipo è:
2443
2444 \begin{funcproto}{
2445 \fhead{sys/timerfd.h}
2446 \fdecl{int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2447
2448 \fdesc{Crea un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2449 }
2450
2451 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2452   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2453   \begin{errlist}
2454   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2455     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2456     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2457     precedenti il 2.6.27.
2458   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2459     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode} associati al file
2460     descriptor.
2461   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2462     descriptor di \func{signalfd}.
2463   \end{errlist}
2464   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2465 }  
2466 \end{funcproto}
2467
2468 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2469 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2470 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2471 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2472 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2473 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2474 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2475 restituito,\footnote{il flag è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27,
2476   per le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve
2477 essere specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2478 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2479
2480 \begin{table}[htb]
2481   \centering
2482   \footnotesize
2483   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2484     \hline
2485     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2486     \hline
2487     \hline
2488     \constd{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2489                             \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2490     \constd{TFD\_CLOEXEC} & imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2491                             chiusura automatica del file descriptor nella
2492                             esecuzione di \func{exec}.\\
2493     \hline    
2494   \end{tabular}
2495   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2496     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2497     descriptor.}  
2498   \label{tab:timerfd_flags}
2499 \end{table}
2500
2501 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2502 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2503 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2504 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec} (a meno che
2505 non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2506 \const{TFD\_CLOEXEC}) e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2507 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2508 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2509 timer impostati con le funzioni ordinarie. Si ricordi infatti che, come
2510 illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali pendenti nel
2511 padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.
2512
2513 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2514 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2515 periodicità di ripetizione, per farlo si usa una funzione di sistema omologa
2516 di \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2517 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2518
2519 \begin{funcproto}{
2520 \fhead{sys/timerfd.h}
2521 \fdecl{int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2522                            const struct itimerspec *new\_value,\\
2523 \phantom{int timerfd\_settime(}struct itimerspec *old\_value)}
2524
2525 \fdesc{Arma un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2526 }
2527
2528 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2529   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2530   \begin{errlist}
2531   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2532     descriptor. 
2533   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2534     puntatori validi.
2535   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2536     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2537     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2538   \end{errlist}
2539 }  
2540 \end{funcproto}
2541
2542 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2543 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2544 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2545 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2546 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2547 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2548
2549 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2550 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2551 ripetere quanto detto in quell'occasione; per brevità si ricordi che
2552 con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2553 con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.  L'unica differenza
2554 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2555 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2556 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2557 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e \constd{TFD\_TIMER\_ABSTIME}
2558 (l'analogo di \const{TIMER\_ABSTIME}).
2559
2560 L'ultima funzione di sistema prevista dalla nuova interfaccia è
2561 \funcd{timerfd\_gettime}, che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo
2562 prototipo è:
2563
2564 \begin{funcproto}{
2565 \fhead{sys/timerfd.h}
2566 \fdecl{int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2567
2568 \fdesc{Legge l'impostazione di un timer associato ad un file descriptor di
2569   notifica.} 
2570 }
2571
2572 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2573   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2574   \begin{errlist}
2575   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2576     descriptor. 
2577   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2578     con \func{timerfd\_create}.
2579   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2580   \end{errlist}
2581 }  
2582 \end{funcproto}
2583
2584 La funzione consente di rileggere le impostazioni del timer associato al file
2585 descriptor \param{fd} nella struttura \struct{itimerspec} puntata
2586 da \param{curr\_value}. Il campo \var{it\_value} riporta il tempo rimanente
2587 alla prossima scadenza del timer, che viene sempre espresso in forma relativa,
2588 anche se lo si è armato specificando \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}. Un valore
2589 nullo (di entrambi i campi di \var{it\_value}) indica invece che il timer non
2590 è stato ancora armato. Il campo \var{it\_interval} riporta la durata
2591 dell'intervallo di ripetizione del timer, ed un valore nullo (di entrambi i
2592 campi) indica che il timer è stato impostato per scadere una sola volta.
2593
2594 Il timer creato con \func{timerfd\_create} notificherà la sua scadenza
2595 rendendo pronto per la lettura il file descriptor ad esso associato, che
2596 pertanto potrà essere messo sotto controllo con una qualunque delle varie
2597 funzioni dell'I/O multiplexing viste in precedenza. Una volta che il file
2598 descriptor risulta pronto sarà possibile leggere il numero di volte che il
2599 timer è scaduto con una ordinaria \func{read}. 
2600
2601 La funzione legge il valore in un dato di tipo \typed{uint64\_t}, e necessita
2602 pertanto che le si passi un buffer di almeno 8 byte, fallendo con
2603 \errval{EINVAL} in caso contrario, in sostanza la lettura deve essere
2604 effettuata con una istruzione del tipo:
2605 \includecodesnip{listati/readtimerfd.c} 
2606
2607 Il valore viene restituito da \func{read} seguendo l'ordinamento dei bit
2608 (\textit{big-endian} o \textit{little-endian}) nativo della macchina in uso,
2609 ed indica il numero di volte che il timer è scaduto dall'ultima lettura
2610 eseguita con successo, o, se lo si legge per la prima volta, da quando lo si è
2611 impostato con \func{timerfd\_settime}. Se il timer non è scaduto la funzione
2612 si blocca fino alla prima scadenza, a meno di non aver creato il file
2613 descriptor in modalità non bloccante con \const{TFD\_NONBLOCK} o aver
2614 impostato la stessa con \func{fcntl}, nel qual caso fallisce con l'errore di
2615 \errval{EAGAIN}.
2616
2617
2618 % TODO trattare qui eventfd introdotto con il 2.6.22 
2619
2620
2621 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2622 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2623
2624 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2625 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2626 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2627 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2628 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2629 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2630 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2631 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2632 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \textit{inotify}),
2633 per essere avvisato della possibilità di eseguire le operazioni di I/O volute.
2634
2635
2636 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2637 \label{sec:signal_driven_io}
2638
2639 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2640
2641 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2642 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2643 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2644 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2645 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2646   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2647   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2648 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2649 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2650 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2651 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2652 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2653 questo modo.
2654
2655 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità il sistema
2656 genera un apposito segnale, \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa
2657 possibile leggere o scrivere dal file descriptor; si tenga presente però che
2658 essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo con socket, file di
2659 terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal kernel 2.6, per
2660 \textit{fifo} e \textit{pipe}. Inoltre è possibile, come illustrato in
2661 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando \const{F\_SETOWN}
2662 di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi dovrà ricevere il
2663 segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le operazioni di I/O in
2664 risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la necessità di restare
2665 bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai file.
2666
2667 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2668
2669 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2670 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2671 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di
2672 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2673   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2674   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2675   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2676   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2677 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2678 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2679 buone prestazioni.
2680
2681 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2682 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2683 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2684 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2685 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2686 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2687 verrebbero notificati una volta sola.
2688
2689 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali \textit{real-time}, che
2690 vengono accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha
2691 emessi.  In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni
2692 aggiuntive restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando
2693 la forma estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2694 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2695 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2696
2697 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali
2698 \textit{real-time} (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando
2699 esplicitamente con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale
2700 \textit{real-time} da inviare in caso di I/O asincrono (il segnale predefinito
2701 è \signal{SIGIO}). In questo caso il gestore, tutte le volte che riceverà
2702 \const{SI\_SIGIO} come valore del campo \var{si\_code} di \struct{siginfo\_t},
2703 troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato
2704 il segnale. Si noti che il valore di\var{si\_code} resta \const{SI\_SIGIO}
2705 qualunque sia il segnale che si è associato all'I/O, in quanto indica che il
2706 segnale è stato generato a causa di attività di I/O.
2707
2708 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali \textit{real-time} è che essendo
2709 questi ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad
2710 uno solo file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità
2711 nella risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali
2712 \textit{real-time} supportano anche questa funzionalità. In questo modo si può
2713 identificare immediatamente un file su cui l'accesso è diventato possibile
2714 evitando completamente l'uso di funzioni come \func{poll} e \func{select},
2715 almeno fintanto che non si satura la coda.
2716
2717 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2718 più assicurare il comportamento corretto per un segnale \textit{real-time},
2719 invierà al suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati
2720 tutti i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali
2721 sono i file diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non
2722 avvenga è di impostare la lunghezza della coda dei segnali \textit{real-time}
2723 ad una dimensione identica al valore massimo del numero di file descriptor
2724 utilizzabili, vale a dire impostare il contenuto di
2725 \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2726 \sysctlfile{fs/file-max}.
2727
2728 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2729
2730 \itindend{signal~driven~I/O}
2731
2732
2733
2734 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2735 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2736
2737 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2738 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La risposta, o
2739 meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ \cite{UnixFAQ} viene
2740 anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered Question}, è che
2741 nell'architettura classica di Unix questo non è possibile. Al contrario di
2742 altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like classico non prevedeva
2743 alcun meccanismo per cui un processo possa essere \textsl{notificato} di
2744 eventuali modifiche avvenute su un file. 
2745
2746 Questo è il motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2747 modo se il loro file di configurazione è stato modificato, perché possano
2748 rileggerlo e riconoscere le modifiche; in genere questo vien fatto inviandogli
2749 un segnale di \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran
2750 parte di detti programmi, causa la rilettura della configurazione.
2751
2752 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2753 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2754 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2755 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2756 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2757 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2758 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2759 lasciare tutto il resto a processi in \textit{user space}, non era stata
2760 prevista nessuna funzionalità di notifica.
2761
2762 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2763 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2764 interfaccia grafica quando si deve presentare all'utente lo stato del
2765 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2766 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2767 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2768 \textit{polling}.
2769
2770 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2771 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2772 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2773 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2774 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2775 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2776 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2777
2778 \itindbeg{file~lease} 
2779
2780 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2781 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2782   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2783 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2784 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2785 \textit{lease}.  La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in
2786 precedenza per l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al
2787 \textit{lease holder} il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere
2788 modificato usando il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} (anche in
2789 questo caso si può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}).
2790
2791 Se si è fatto questo (ed in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per
2792 utilizzare segnali \textit{real-time}) e se inoltre si è installato il gestore
2793 del segnale con \const{SA\_SIGINFO} si riceverà nel campo \var{si\_fd} della
2794 struttura \struct{siginfo\_t} il valore del file descriptor del file sul quale
2795 è stato compiuto l'accesso; in questo modo un processo può mantenere anche più
2796 di un \textit{file lease}.
2797
2798 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2799 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2800 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2801 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2802 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2803 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2804
2805 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2806 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2807 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2808 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2809 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2810 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2811 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2812 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2813
2814 \begin{table}[htb]
2815   \centering
2816   \footnotesize
2817   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2818     \hline
2819     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2820     \hline
2821     \hline
2822     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2823     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2824     \constd{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2825     \hline    
2826   \end{tabular}
2827   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2828     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2829     \const{F\_GETLEASE}.} 
2830   \label{tab:file_lease_fctnl}
2831 \end{table}
2832
2833 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2834 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2835 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2836 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2837 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2838 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2839
2840 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2841 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2842 (\textit{pipe} e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non
2843 privilegiato può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente
2844 ad un \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2845 privilegi di amministratore (cioè con la capacità \const{CAP\_LEASE}, vedi
2846 sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire \textit{lease} su qualunque
2847 file.
2848
2849 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2850 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2851 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2852   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2853     lease}.} la funzione si blocca (a meno di non avere aperto il file con
2854 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore di
2855 \errcode{EWOULDBLOCK}) e viene eseguita la notifica al \textit{lease holder},
2856 così che questo possa completare le sue operazioni sul file e rilasciare il
2857 \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si rilevano i
2858 tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un altro
2859 processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i tentativi di
2860 accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di notifica avvengono
2861 solo in fase di apertura del file e non sulle singole operazioni di lettura e
2862 scrittura.
2863
2864 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2865 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2866 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2867 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2868 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2869 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2870 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2871 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2872 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2873 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2874 \const{F\_RDLCK}.
2875
2876 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2877 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2878 \sysctlfiled{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo o
2879 declassarlo automaticamente (questa è una misura di sicurezza per evitare che
2880 un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file acquisendo un
2881 \textit{lease}). Una volta che un \textit{lease} è stato rilasciato o
2882 declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal kernel è lo
2883 stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal \textit{lease
2884   breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2885
2886 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2887 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2888 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2889 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2890   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2891   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2892   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2893   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2894 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2895
2896 \itindbeg{dnotify}
2897
2898 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2899 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2900   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2901   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2902   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2903 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2904 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2905 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2906 può utilizzare un altro, e di nuovo, per le ragioni già esposte in precedenza,
2907 è opportuno che si utilizzino dei segnali \textit{real-time}.  Inoltre, come
2908 in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file descriptor
2909 che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2910 \struct{siginfo\_t}.
2911
2912 \itindend{file~lease}
2913
2914 \begin{table}[htb]
2915   \centering
2916   \footnotesize
2917   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2918     \hline
2919     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2920     \hline
2921     \hline
2922     \constd{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2923                           \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2924     \constd{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2925                           fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2926                           \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2927     \constd{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2928                           l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2929                           \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2930                           \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2931                           directory).\\
2932     \constd{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2933                           l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2934                           (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2935     \constd{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2936                           directory (con \func{rename}).\\
2937     \constd{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2938                           l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2939                           \func{utime}.\\ 
2940     \constd{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2941                             eventi.\\ 
2942     \hline    
2943   \end{tabular}
2944   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2945     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2946   \label{tab:file_notify}
2947 \end{table}
2948
2949 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2950 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2951 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2952 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2953 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2954 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2955 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2956
2957 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2958 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2959 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2960 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2961 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2962 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2963 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2964 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2965 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2966 specificare un valore nullo.
2967
2968 \itindbeg{inotify}
2969
2970 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2971 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2972 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2973 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2974 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2975 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2976 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2977
2978 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2979 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2980 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2981 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2982 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2983 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2984 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2985 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2986 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2987
2988 \itindend{dnotify}
2989
2990 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2991 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2992 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2993   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
2994 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2995 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2996 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2997 di risolvere il principale problema di \textit{dnotify}.  La coda viene creata
2998 attraverso la funzione di sistema \funcd{inotify\_init}, il cui prototipo è:
2999
3000 \begin{funcproto}{
3001 \fhead{sys/inotify.h}
3002 \fdecl{int inotify\_init(void)}
3003 \fdesc{Inizializza una istanza di \textit{inotify}.}
3004 }
3005
3006 {La funzione ritornaun file descriptor in caso di successo, o $-1$ in caso di
3007   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3008   \begin{errlist}
3009   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
3010     \textit{inotify} consentite all'utente.
3011   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
3012     nel sistema.
3013   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
3014     l'istanza.
3015   \end{errlist}
3016 }
3017 \end{funcproto}
3018
3019 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
3020 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
3021 effettuate le operazioni di notifica; si tratta di un file descriptor speciale
3022 che non è associato a nessun file su disco, e che viene utilizzato solo per
3023 notificare gli eventi che sono stati posti in osservazione. Per evitare abusi
3024 delle risorse di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero
3025 limitato di istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di
3026 128, ma questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3027 \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_instances}.
3028
3029 Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o directory
3030 reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui file sono
3031 tenuti sotto osservazione viene completamente eliminato; anzi, una delle
3032 capacità dell'interfaccia di \textit{inotify} è proprio quella di notificare
3033 il fatto che il filesystem su cui si trova il file o la directory osservata è
3034 stato smontato.
3035
3036 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
3037 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
3038 con l'interfaccia di \textit{epoll}, ed a partire dal kernel 2.6.25 è stato
3039 introdotto anche il supporto per il \texttt{signal-driven I/O}.  Siccome gli
3040 eventi vengono notificati come dati disponibili in lettura, dette funzioni
3041 ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica.
3042
3043 Così, invece di dover utilizzare i segnali, considerati una pessima scelta dal
3044 punto di vista dell'interfaccia utente, si potrà gestire l'osservazione degli
3045 eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
3046 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
3047 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
3048 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate. Infine l'interfaccia di
3049 \textit{inotify} consente di mettere sotto osservazione, oltre che una
3050 directory, anche singoli file.
3051
3052 Una volta creata la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere
3053 sotto osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di
3054   osservazione} (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire
3055 la lista di osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni di sistema, la
3056 prima di queste è \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
3057
3058 \begin{funcproto}{
3059 \fhead{sys/inotify.h}
3060 \fdecl{int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
3061 \fdesc{Aggiunge un evento di osservazione a una lista di osservazione.} 
3062 }
3063
3064 {La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo, o $-1$ per un
3065   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3066   \begin{errlist}
3067   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
3068   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
3069     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
3070   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
3071     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
3072   \end{errlist}
3073   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF} nel loro
3074   significato generico.}
3075 \end{funcproto}
3076
3077 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
3078 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
3079 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
3080 nell'argomento \param{fd}, che ovviamente dovrà essere un file descriptor
3081 creato con \func{inotify\_init}.  Il file o la directory da porre sotto
3082 osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
3083 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
3084 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
3085 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
3086 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
3087   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
3088   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3089   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre un solo
3090 file descriptor.
3091
3092 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
3093 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
3094 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
3095 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
3096 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
3097 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
3098 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
3099 flag della prima parte.
3100
3101 \begin{table}[htb]
3102   \centering
3103   \footnotesize
3104   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{8cm}|}
3105     \hline
3106     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
3107     \hline
3108     \hline
3109     \constd{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
3110                                            lettura.\\  
3111     \constd{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
3112                                            dell'\textit{inode}
3113                                            (o sugli attributi estesi, vedi
3114                                            sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
3115     \constd{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3116                                            scrittura.\\  
3117     \constd{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3118                                            sola lettura.\\
3119     \constd{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
3120                                            directory in una directory sotto
3121                                            osservazione.\\  
3122     \constd{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
3123                                            directory in una directory sotto
3124                                            osservazione.\\ 
3125     \constd{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
3126                                           directory) sotto osservazione.\\ 
3127     \constd{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
3128     \constd{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
3129                                            directory) sotto osservazione.\\ 
3130     \constd{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
3131                                            directory sotto osservazione.\\ 
3132     \constd{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
3133                                            directory sotto osservazione.\\ 
3134     \constd{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
3135     \hline    
3136     \constd{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
3137                                            \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
3138                                            \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
3139     \constd{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
3140                                            \const{IN\_MOVED\_FROM} e
3141                                            \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
3142     \constd{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
3143                                            possibili.\\
3144     \hline    
3145   \end{tabular}
3146   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3147     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
3148     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
3149   \label{tab:inotify_event_watch}
3150 \end{table}
3151
3152 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
3153 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
3154 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
3155 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
3156   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
3157   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3158 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3159 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3160 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3161
3162 \begin{table}[htb]
3163   \centering
3164   \footnotesize
3165   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3166     \hline
3167     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3168     \hline
3169     \hline
3170     \constd{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3171                                link simbolico.\\
3172     \constd{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3173                                nell'argomento \param{mask}, invece di
3174                                sovrascriverli.\\
3175     \constd{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per
3176                                una sola volta, rimuovendolo poi dalla
3177                                \textit{watch list}.\\ 
3178     \constd{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3179                                soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3180                                quelli per i file che contiene.\\ 
3181     \hline    
3182   \end{tabular}
3183   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3184     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3185     modalità di osservazione.} 
3186   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3187 \end{table}
3188
3189 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3190 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3191 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3192 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3193 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3194
3195 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3196 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3197 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3198 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3199 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3200 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3201 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3202 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3203 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3204
3205 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3206 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3207   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3208 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3209 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3210 sarà più notificato.
3211
3212 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3213 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3214 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3215 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3216 la eventuale rimozione dello stesso. 
3217
3218 La seconda funzione di sistema per la gestione delle code di notifica, che
3219 permette di rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch},
3220 ed il suo prototipo è:
3221
3222 \begin{funcproto}{
3223 \fhead{sys/inotify.h}
3224 \fdecl{int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3225 \fdesc{Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.} 
3226 }
3227
3228 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3229   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
3230   \begin{errlist}
3231   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3232     valido.
3233   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3234     non è associato ad una coda di notifica.
3235   \end{errlist}
3236 }
3237 \end{funcproto}
3238
3239 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3240 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3241 \param{wd}; ovviamente deve essere usato per questo argomento un valore
3242 ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore di
3243 \errval{EINVAL}. In caso di successo della rimozione, contemporaneamente alla
3244 cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3245 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3246 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3247 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3248 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3249 \func{inotify\_rm\_watch}.
3250
3251 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3252 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3253 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3254 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3255 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3256 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3257 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3258 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3259
3260 \begin{figure}[!htb]
3261   \footnotesize \centering
3262   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3263     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3264   \end{minipage} 
3265   \normalsize 
3266   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3267     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3268   \label{fig:inotify_event}
3269 \end{figure}
3270
3271 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3272 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3273 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}), il numero di byte disponibili
3274 in lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3275 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3276   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3277   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3278 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3279 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3280 il numero di file che sono cambiati.
3281
3282 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3283 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3284 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3285 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3286 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3287 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3288 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3289 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori aggiuntivi di
3290 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag} (questi compaiono solo nel campo
3291 \var{mask} di \struct{inotify\_event}, e non sono utilizzabili in fase di
3292 registrazione dell'osservatore).
3293
3294 \begin{table}[htb]
3295   \centering
3296   \footnotesize
3297   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3298     \hline
3299     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3300     \hline
3301     \hline
3302     \constd{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3303                               esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3304                               che in maniera implicita per la rimozione 
3305                               dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3306                               filesystem su cui questo si trova.\\
3307     \constd{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3308                               (consente così di distinguere, quando si pone
3309                               sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3310                               relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3311                               essa contiene).\\
3312     \constd{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3313                               eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3314                               caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3315     \constd{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3316                               osservazione è stato smontato.\\
3317     \hline    
3318   \end{tabular}
3319   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3320     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3321   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3322 \end{table}
3323
3324 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima che viene
3325   controllata dal parametro di sistema
3326   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_queued\_events}, che indica il numero massimo di
3327   eventi che possono essere mantenuti sulla stessa; quando detto valore viene
3328   ecceduto gli ulteriori eventi vengono scartati, ma viene comunque generato
3329   un evento di tipo \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3330
3331 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3332 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3333 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3334 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3335 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3336
3337 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3338 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3339 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3340 (come \textit{pathname} relativo alla directory osservata) e la relativa
3341 dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa
3342 terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali
3343 necessità di allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde
3344 al totale della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa
3345 con il nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
3346 \struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
3347 di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
3348   len}.
3349
3350 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3351 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3352 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3353 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3354 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3355 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3356
3357 \begin{figure}[!htbp]
3358   \footnotesize \centering
3359   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3360     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3361   \end{minipage}
3362   \normalsize
3363   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3364   \label{fig:inotify_monitor_example}
3365 \end{figure}
3366
3367 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo del programma inizia
3368 controllando (\texttt{\small 11-15}) che sia rimasto almeno un argomento che
3369 indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e qualora questo
3370 non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che passa
3371 (\texttt{\small 16-20}) all'inizializzazione di \textit{inotify} ottenendo con
3372 \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (o si esce in caso di
3373 errore).
3374
3375 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21-30}) alla coda di
3376 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3377 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3378 (\texttt{\small 22-29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3379 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3380 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3381 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3382 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3383 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3384 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3385
3386 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3387 (\texttt{\small 32-56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3388 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3389 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3390 si saranno verificati eventi.
3391
3392 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3393 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3394 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3395 approssimativamente 512 eventi (si ricordi che la quantità di dati restituita
3396 da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza del nome del
3397 file restituito insieme a \struct{inotify\_event}). In caso di errore di
3398 lettura (\texttt{\small 35-40}) il programma esce con un messaggio di errore
3399 (\texttt{\small 37-39}), a meno che non si tratti di una interruzione della
3400 \textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la lettura.
3401
3402 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3403   43-52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3404 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3405 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3406 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna alla variabile
3407 \var{event} (si noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del
3408 puntatore) l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3409 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3410 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3411 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3412 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3413 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3414
3415 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3416 si stampa (\texttt{\small 47-49}); si noti come in questo caso si sia
3417 controllato il valore del campo \var{event->len} e non il fatto che
3418 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo. L'interfaccia infatti,
3419 qualora il nome non sia presente, non tocca il campo \var{event->name}, che
3420 si troverà pertanto a contenere quello che era precedentemente presente nella
3421 rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il puntatore al nome di
3422 un file osservato in precedenza.
3423
3424 Si utilizza poi (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che
3425 interpreta il valore del campo \var{event->mask}, per stampare il tipo di
3426 eventi accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto
3427   non essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare
3428   direttamente i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si
3429 provvede ad aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento
3430 successivo.
3431
3432 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3433 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3434 tipo di:
3435 \begin{Console}
3436 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ \textbf{./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/}
3437 Watch descriptor 1
3438 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3439 IN_OPEN, 
3440 Watch descriptor 1
3441 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3442 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3443 \end{Console}
3444 %$
3445
3446 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3447 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3448 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3449 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3450 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3451 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3452 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3453 tale evenienza non si verificherà mai.
3454
3455 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3456 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3457 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3458 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3459 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3460 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3461 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3462 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3463   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3464   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3465   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3466   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3467 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3468 chiamata di \func{read}.
3469
3470 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3471 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3472 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3473 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3474 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3475 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3476 raggruppati in un solo evento.
3477
3478 \itindend{inotify}
3479
3480 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3481 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3482
3483
3484 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3485 \label{sec:file_asyncronous_io}
3486
3487 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3488 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3489   asincrono} o ``AIO''. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le
3490 funzioni di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di
3491 ritornare, così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad
3492 esempio possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da
3493 poter effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3494
3495 Benché la modalità di apertura asincrona di un file vista in
3496 sez.~\ref{sec:signal_driven_io} possa risultare utile in varie occasioni (in
3497 particolar modo con i socket e gli altri file per i quali le funzioni di I/O
3498 sono \textit{system call} lente), essa è comunque limitata alla notifica della
3499 disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e non ad uno
3500 svolgimento asincrono delle medesime.  Lo standard POSIX.1b definisce una
3501 interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero e proprio,\footnote{questa è
3502   stata ulteriormente perfezionata nelle successive versioni POSIX.1-2001 e
3503   POSIX.1-2008.} che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e
3504 la scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3505 normalmente.
3506
3507 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3508 implementata sia direttamente nel kernel che in \textit{user space} attraverso
3509 l'uso di \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti esiste una
3510 implementazione di questa interfaccia fornita completamente dalla \acr{glibc}
3511 a partire dalla versione 2.1, che è realizzata completamente in \textit{user
3512   space}, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
3513 \file{librt}. A partire dalla versione 2.5.32 è stato introdotto nel kernel
3514 una nuova infrastruttura per l'I/O asincrono, ma ancora il supporto è parziale
3515 ed insufficiente ad implementare tutto l'AIO POSIX.
3516
3517 Lo standard POSIX prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano
3518 controllate attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui
3519 nome sta per \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come
3520 argomento a tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come
3521 effettuata in \headfiled{aio.h}, è riportata in
3522 fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è definita la macro
3523 \macrod{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la disponibilità
3524 dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
3525
3526 \begin{figure}[!htb]
3527   \footnotesize \centering
3528   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3529     \includestruct{listati/aiocb.h}