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