Aggiornamento copyright e inizio aggiornameto parte sui socket.
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2016 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11 \chapter{La gestione avanzata dei file}
12 \label{cha:file_advanced}
13
14 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
15 dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
16   locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
17 permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
18 che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
19 varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
20 file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
21 controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
22
23
24 \section{Il \textit{file locking}}
25 \label{sec:file_locking}
26
27 \itindbeg{file~locking}
28
29 In sez.~\ref{sec:file_shared_access} abbiamo preso in esame le modalità in cui
30 un sistema unix-like gestisce l'accesso concorrente ai file da parte di
31 processi diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file
32 aperti in \textit{append mode}, quando più processi scrivono
33 contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
34 in cui essi opereranno.
35
36 Questo causa la possibilità di una \textit{race condition}; in generale le
37 situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che scrive e
38 altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni scritte
39 solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi processi
40 scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul file.
41
42 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
43 evitare le \textit{race condition}, attraverso una serie di funzioni che
44 permettono di bloccare l'accesso al file da parte di altri processi, così da
45 evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di
46 lettura o scrittura.
47
48
49 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
50 \label{sec:file_record_locking}
51
52 La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
53 sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
54   locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
55   come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
56   \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary file
57     lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
58   mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
59     locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
60   ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
61   riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
62   mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
63 processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
64 esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. 
65
66 Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite
67 comunque e non risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock};
68 pertanto è sempre compito dei vari processi che intendono usare il
69 \textit{file locking}, controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi
70 prima di accedervi, utilizzando le relative funzioni.
71
72 In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock};\footnote{di
73   seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
74   nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
75   \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
76   processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
77   \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
78 \textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
79 file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
80 parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
81 richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
82 proteggere il loro accesso in lettura.
83
84 La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
85 \textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
86 lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
87 scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
88 processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
89 proteggere il suo accesso in scrittura.
90
91 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
92   locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
93 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
94 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
95 \func{fcntl}.  I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
96 indipendente nelle due interfacce (in realtà con Linux questo avviene solo
97 dalla serie 2.0 dei kernel) che pertanto possono coesistere senza
98 interferenze.
99
100 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
101 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
102 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
103 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file.  Se il blocco viene acquisito
104 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
105 comportamento non bloccante) viene posto in stato di \textit{sleep}. Una volta
106 finite le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco.
107
108 La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
109 tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
110 tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
111 corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
112 nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
113 della richiesta.
114
115 \begin{table}[htb]
116   \centering
117   \footnotesize
118    \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
119     \hline
120     \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
121     \cline{2-4}
122                 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
123     \hline
124     \hline
125     \textit{Read lock} & esecuzione & esecuzione & blocco \\
126     \textit{Write lock}& esecuzione & blocco & blocco \\
127     \hline    
128   \end{tabular}
129   \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
130   \label{tab:file_file_lock}
131 \end{table}
132
133 Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
134 permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
135 che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di blocco che
136 si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
137 apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
138 un \textit{write lock}).
139
140 %%  Si ricordi che
141 %% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
142 %% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
143 %% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
144
145
146 \subsection{La funzione \func{flock}} 
147 \label{sec:file_flock}
148
149 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
150 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione di sistema
151 usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il
152 suo prototipo è:
153
154 \begin{funcproto}{
155 \fhead{sys/file.h}
156 \fdecl{int flock(int fd, int operation)}
157 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
158 }
159
160 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
161   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
162   \begin{errlist}
163   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale
164     nell'attesa dell'acquisizione di un \textit{file lock}.
165   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido
166     per \param{operation}.
167   \item[\errcode{ENOLCK}] il kernel non ha memoria sufficiente per gestire il
168     \textit{file lock}.
169   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
170     specificato \const{LOCK\_NB}.
171   \end{errlist}
172   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.
173 }
174 \end{funcproto}
175
176 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
177 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
178 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
179 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
180 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
181
182 \begin{table}[htb]
183   \centering
184   \footnotesize
185   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
186     \hline
187     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
188     \hline
189     \hline
190     \constd{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
191     \constd{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
192     \constd{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
193     \constd{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
194                         richiesta di un \textit{file lock}.\\
195     \hline    
196   \end{tabular}
197   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
198   \label{tab:file_flock_operation}
199 \end{table}
200
201 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
202 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
203 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
204 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
205 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
206 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
207 usare direttamente \const{LOCK\_UN}.
208
209 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
210 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
211   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
212 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
213 facendo fallire la riacquisizione.
214
215 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
216 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
217 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
218 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
219 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
220 funzionalità.
221
222 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
223 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
224 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
225 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
226 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
227 per entrambe le interfacce.
228
229 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
230 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
231 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
232 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
233 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
234 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di \textit{inode}, dato
235 che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
236 diversi che aprono lo stesso file.
237
238 In particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
239 \textit{file lock} sono mantenuti in una \textit{linked list} di strutture
240 \kstructd{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
241 mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \kstruct{inode} (per le
242 definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{include/linux/fs.h} nei
243 sorgenti del kernel).  Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si
244 tratta di un lock in semantica BSD (\constd{FL\_FLOCK}) o POSIX
245 (\constd{FL\_POSIX}) o un \textit{file lease} (\constd{FL\_LEASE}, vedi
246 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}).
247
248 \begin{figure}[!htb]
249   \centering
250   \includegraphics[width=12cm]{img/file_flock}
251   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
252     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
253   \label{fig:file_flock_struct}
254 \end{figure}
255
256 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
257 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
258 un nuovo elemento (cioè l'aggiunta di una nuova struttura
259 \kstruct{file\_lock}).  Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la
260 semantica della funzione prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino
261 ulteriori istanze di un \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori
262 riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema
263 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file
264   lock} un puntatore alla voce nella \textit{file table} da cui si è richiesto
265 il blocco, che così ne identifica il titolare. Il puntatore è mantenuto nel
266 campo \var{fl\_file} di \kstruct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i
267 \textit{file lock} creati con la semantica BSD.
268
269 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
270 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
271 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \textit{file table}
272 corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se ricordiamo quanto
273 visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè
274 che i file descriptor duplicati e quelli ereditati in un processo figlio
275 puntano sempre alla stessa voce nella \textit{file table}, si può capire
276 immediatamente quali sono le conseguenze nei confronti delle funzioni
277 \func{dup} e \func{fork}.
278
279 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
280 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
281   table}, anche se questo è diverso da quello con cui lo si è
282 creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file descriptor fa
283   riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa della
284   \textit{file table}, come accade tutte le volte che si apre più volte lo
285   stesso file.} o se si esegue la rimozione in un processo figlio. Inoltre una
286 volta tolto un \textit{file lock} su un file, la rimozione avrà effetto su
287 tutti i file descriptor che condividono la stessa voce nella \textit{file
288   table}, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una
289 \func{fork}, anche per processi diversi.
290
291 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
292 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
293 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
294 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
295 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
296 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \textit{file table};
297 e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento
298 alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci siano duplicati o
299 processi figli che mantengono ancora aperto un file descriptor, il
300 \textit{file lock} non viene rilasciato.
301  
302
303 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
304 \label{sec:file_posix_lock}
305
306 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
307 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione di sistema
308 \func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici
309 possibilità di utilizzo in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si
310 impiega per il \textit{file locking} essa viene usata solo secondo il seguente
311 prototipo:
312
313 \begin{funcproto}{
314 \fhead{fcntl.h}
315 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
316 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
317 }
318
319 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
320   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
321   \begin{errlist}
322     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
323       \textit{file lock} da parte di altri processi.
324     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
325       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
326       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
327       un \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema riconosca sempre
328       questa situazione.
329     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
330       di poter acquisire un \textit{file lock}.
331     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
332       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
333       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
334   \end{errlist}
335   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
336 \end{funcproto}
337
338 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
339 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
340 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
341 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
342 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
343 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
344 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
345 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
346 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
347 con un'altra regione bloccata.
348
349 \begin{figure}[!htb]
350   \footnotesize \centering
351   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
352     \includestruct{listati/flock.h}
353   \end{minipage} 
354   \normalsize 
355   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
356     \textit{file locking}.}
357   \label{fig:struct_flock}
358 \end{figure}
359
360 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
361 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
362 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
363 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
364 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
365 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
366 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
367 relative descrizioni in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}).
368
369 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
370 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
371 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
372 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
373 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
374 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
375 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
376
377 Lo standard POSIX non richiede che \var{l\_len} sia positivo, ed a partire dal
378 kernel 2.4.21 è possibile anche indicare valori di \var{l\_len} negativi, in
379 tal caso l'intervallo coperto va da \var{l\_start}$+$\var{l\_len} a
380 \var{l\_start}$-1$, mentre per un valore positivo l'intervallo va da
381 \var{l\_start} a \var{l\_start}$+$\var{l\_len}$-1$. Si può però usare un
382 valore negativo soltanto se l'inizio della regione indicata non cade prima
383 dell'inizio del file, mentre come accennato con un valore positivo  si
384 può anche indicare una regione che eccede la dimensione corrente del file.
385
386 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
387 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
388 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
389 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
390 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
391 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
392 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
393 \textit{file lock}.
394
395 \begin{table}[htb]
396   \centering
397   \footnotesize
398   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
399     \hline
400     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
401     \hline
402     \hline
403     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
404     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
405     \constd{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
406     \hline    
407   \end{tabular}
408   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
409   \label{tab:file_flock_type}
410 \end{table}
411
412 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
413 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
414 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl},
415 specifica l'azione da compiere; i valori utilizzabili relativi al \textit{file
416   locking} sono tre:
417 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
418 \item[\constd{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
419   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
420   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
421   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
422   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
423 \item[\constd{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
424   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
425   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia; nel
426   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
427   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
428   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
429 \item[\constd{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
430   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
431   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
432   rilasciato; se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
433   con un errore di \errcode{EINTR}.
434 \end{basedescript}
435
436 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
437 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
438 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
439 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
440 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
441 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
442 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
443 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
444 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
445 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
446 per indicare quale è la regione bloccata.
447
448 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
449 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
450 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
451 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
452 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
453   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
454   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
455 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
456 stato effettivamente acquisito.
457
458 \begin{figure}[!htb]
459   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
460   \caption{Schema di una situazione di \textit{deadlock}.}
461   \label{fig:file_flock_dead}
462 \end{figure}
463
464 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
465 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
466 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
467 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
468 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
469 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
470 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
471 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
472 porta ad un \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche il processo 2 si
473 bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.  Per questo motivo
474 il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo, ed impedirle
475 restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che cerca di
476 acquisire un blocco che porterebbe ad un \textit{deadlock}.
477
478 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
479 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
480 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
481 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
482 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
483 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}. In questo caso nella figura si sono
484 evidenziati solo i campi di \kstructd{file\_lock} significativi per la
485 semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
486 \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene bloccata
487 grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è comunque la
488 stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è impostato il bit
489 \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene usato. Il blocco è
490 sempre associato all'\textit{inode}, solo che in questo caso la titolarità non
491 viene identificata con il riferimento ad una voce nella \textit{file table},
492 ma con il valore del \ids{PID} del processo.
493
494 \begin{figure}[!htb]
495   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
496   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
497     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
498   \label{fig:file_posix_lock}
499 \end{figure}
500
501 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
502 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la \textit{linked
503     list} delle strutture \kstruct{file\_lock}, scartando automaticamente
504   quelle per cui \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due
505   interfacce restano ben separate.}  per verificare se la regione richiesta
506 non si sovrappone ad una già bloccata, in caso affermativo decide in base al
507 tipo di blocco, in caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed
508 aggiunto alla lista.
509
510 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
511 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
512 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
513 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
514 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
515 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
516 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
517 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
518 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
519
520 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
521 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
522 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
523 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
524 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
525 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
526 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
527 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
528 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
529
530 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
531 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
532 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
533 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
534 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
535 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
536 avranno sempre successo.  Nel caso della semantica BSD, essendo i lock
537 relativi a tutto un file e non accumulandosi,\footnote{questa ultima
538   caratteristica è vera in generale, se cioè si richiede più volte lo stesso
539   \textit{file lock}, o più blocchi sulla stessa sezione di file, le richieste
540   non si cumulano e basta una sola richiesta di rilascio per cancellare il
541   blocco.}  la cosa non ha alcun effetto; la funzione ritorna con successo,
542 senza che il kernel debba modificare la lista dei \textit{file lock}.
543
544 Con i \textit{file lock} POSIX invece si possono avere una serie di situazioni
545 diverse: ad esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più
546 \textit{file lock} distinti (indicando in una regione che si sovrapponga
547 completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo una parte di un
548 blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella di un altro
549 blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri \textit{file
550   lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si sovrappongono le
551 regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.
552
553 Il comportamento seguito in questo caso è che la funzione ha successo ed
554 esegue l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
555 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
556   lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
557 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
558
559 \begin{figure}[!htbp]
560   \footnotesize \centering
561   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
562     \includecodesample{listati/Flock.c}
563   \end{minipage}
564   \normalsize 
565   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
566   \label{fig:file_flock_code}
567 \end{figure}
568
569 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
570 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
571 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
572 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
573 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
574
575 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
576 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
577 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
578 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
579 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
580 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
581   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
582 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
583 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
584 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
585 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
586 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
587 \cmd{-b}.
588
589 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11-14}) che venga passato
590 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
591   15-18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
592 uscendo (\texttt{\small 20-23}) in caso di errore. A questo punto il
593 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
594 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
595 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
596 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
597 modalità bloccante.
598
599 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25-34}) prima si
600 controlla (\texttt{\small 27-31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
601 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
602 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
603 aggiunta la relativa opzione, con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
604 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
605 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
606 immediate si prepara (\texttt{\small 36-40}) la struttura per il lock, e lo
607 si esegue (\texttt{\small 41}).
608
609 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
610 risultato uscendo (\texttt{\small 44-46}) in caso di errore, o stampando un
611 messaggio (\texttt{\small 47-49}) in caso di successo. Infine il programma si
612 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
613 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
614 tutti i blocchi vengono rilasciati.
615
616 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
617 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
618 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
619
620 \begin{Console}
621 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r Flock.c}
622 Lock acquired
623 \end{Console}
624 %$
625 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
626 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
627 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
628 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
629 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
630 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
631
632 \begin{Console}
633 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w Flock.c}
634 Failed lock: Resource temporarily unavailable
635 \end{Console}
636 %$
637 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
638 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
639 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
640 del file con il comando:
641
642 \begin{Console}
643 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
644 Failed lock: Resource temporarily unavailable
645 \end{Console}
646 %$
647 se invece blocchiamo una regione con: 
648
649 \begin{Console}
650 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s0 -l10 Flock.c}
651 Lock acquired
652 \end{Console}
653 %$
654 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
655 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
656 regioni si sovrappongono avremo che:
657
658 \begin{Console}
659 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s5 -l15  Flock.c}
660 Failed lock: Resource temporarily unavailable
661 \end{Console}
662 %$
663 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
664 avremo che:
665
666 \begin{Console}
667 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s11 -l15  Flock.c}
668 Lock acquired
669 \end{Console}
670 %$
671 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
672 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
673
674 \begin{Console}
675 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s10 -l20 Flock.c}
676 Failed lock: Resource temporarily unavailable
677 \end{Console}
678 %$
679 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
680
681 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
682 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
683 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
684 opzione:
685
686 \begin{Console}
687 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c} Lock acquired
688 \end{Console}
689 %$
690 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
691 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
692 essere acquisito otterremo:
693
694 \begin{Console}
695 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
696 \end{Console}
697 %$
698 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
699 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
700 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
701 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
702
703 \begin{Console}
704 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
705 Lock acquired
706 \end{Console}
707 %$
708
709 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
710 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
711 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
712 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
713 BSD:
714
715 \begin{Console}
716 [root@gont sources]# \textbf{./flock -f -w Flock.c}
717 Lock acquired
718 \end{Console}
719 %$
720 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
721 questo motivo occorre sempre tenere presente quale, fra le due semantiche
722 disponibili, stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
723 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
724
725 % \subsection{La funzione \func{lockf}}
726 % \label{sec:file_lockf}
727
728 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
729 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
730 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
731 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata che utilizza la
732 funzione \funcd{lockf},\footnote{la funzione è ripresa da System V e per
733   poterla utilizzare è richiesta che siano definite le opportune macro, una
734   fra \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}, oppure
735   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad un valore di almeno 500, oppure
736   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}.} il cui
737 prototipo è:
738
739 \begin{funcproto}{
740 \fhead{unistd.h}
741 \fdecl{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
742 \fdesc{Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock}.} 
743 }
744
745 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
746   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
747   \begin{errlist}
748   \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, e si sono richiesti
749     \const{F\_TLOCK} o \const{F\_TEST} (in alcuni casi può dare anche
750     \errcode{EACCESS}.
751   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor aperto o si sono
752     richiesti \const{F\_LOCK} o \const{F\_TLOCK} ma il file non è scrivibile.
753   \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per \param{cmd}.
754   \end{errlist}
755   ed inoltre \errcode{EDEADLK} e \errcode{ENOLCK} con lo stesso significato
756   che hanno con \func{fcntl}.
757 }
758 \end{funcproto}
759   
760 La funzione opera sul file indicato dal file descriptor \param{fd}, che deve
761 essere aperto in scrittura, perché utilizza soltanto \textit{lock}
762 esclusivi. La sezione di file bloccata viene controllata dal valore
763 di \param{len}, che indica la lunghezza della stessa, usando come riferimento
764 la posizione corrente sul file. La sezione effettiva varia a secondo del
765 segno, secondo lo schema illustrato in fig.~\ref{fig:file_lockf_boundary}, se
766 si specifica un valore nullo il file viene bloccato a partire dalla posizione
767 corrente fino alla sua fine presente o futura (nello schema corrisponderebbe
768 ad un valore infinito positivo).
769
770 \begin{figure}[!htb] 
771   \centering
772   \includegraphics[width=10cm]{img/lockf_boundary}
773   \caption{Schema della sezione di file bloccata con \func{lockf}.}
774   \label{fig:file_lockf_boundary}
775 \end{figure}
776
777 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore
778 dell'argomento \param{cmd}, che specifica quale azione eseguire, i soli valori
779 consentiti sono i seguenti:
780
781 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
782 \item[\constd{F\_LOCK}] Richiede un \textit{lock} esclusivo sul file, e blocca
783   il processo chiamante se, anche parzialmente, la sezione indicata si
784   sovrappone ad una che è già stata bloccata da un altro processo; in caso di
785   sovrapposizione con un altro blocco già ottenuto le sezioni vengono unite.
786 \item[\constd{F\_TLOCK}] Richiede un \textit{exclusive lock}, in maniera
787   identica a \const{F\_LOCK}, ma in caso di indisponibilità non blocca il
788   processo restituendo un errore di \errval{EAGAIN}.
789 \item[\constd{F\_ULOCK}] Rilascia il blocco sulla sezione indicata, questo può
790   anche causare la suddivisione di una sezione bloccata in precedenza nelle
791   due parti eccedenti nel caso si sia indicato un intervallo più limitato.
792 \item[\constd{F\_TEST}] Controlla la presenza di un blocco sulla sezione di
793   file indicata, \func{lockf} ritorna $0$ se la sezione è libera o bloccata
794   dal processo stesso, o $-1$ se è bloccata da un altro processo, nel qual
795   caso \var{errno} assume il valore \errval{EAGAIN} (ma su alcuni sistemi può
796   essere restituito anche \errval{EACCESS}).
797 \end{basedescript}
798
799 La funzione è semplicemente una diversa interfaccia al \textit{file locking}
800 POSIX ed è realizzata utilizzando \func{fcntl}; pertanto la semantica delle
801 operazioni è la stessa di quest'ultima e quindi la funzione presenta lo stesso
802 comportamento riguardo gli effetti della chiusura dei file, ed il
803 comportamento sui file duplicati e nel passaggio attraverso \func{fork} ed
804 \func{exec}. Per questo stesso motivo la funzione non è equivalente a
805 \func{flock} e può essere usata senza interferenze insieme a quest'ultima.
806
807 % TODO trattare i POSIX file-private lock introdotti con il 3.15, 
808 % vedi http://lwn.net/Articles/586904/ correlato:
809 % http://www.samba.org/samba/news/articles/low_point/tale_two_stds_os2.html 
810
811 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
812 \label{sec:file_mand_locking}
813
814 \itindbeg{mandatory~locking}
815
816 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
817 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
818 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
819 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
820 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
821 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
822
823 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
824 utilizzo particolare del bit \acr{sgid} dei permessi dei file. Se si ricorda
825 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
826 utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene eseguito un
827 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
828 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
829 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
830 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
831 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
832 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
833   locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
834   sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
835   cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
836   non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
837     locking}.}
838
839 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
840 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
841 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
842 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
843   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \acr{sgid}, ma non è detto
844   che sia così facile fare questa operazione con un sistema bloccato.}
845 inoltre con il \textit{mandatory locking} si può bloccare completamente un
846 server NFS richiedendo una lettura su un file su cui è attivo un blocco. Per
847 questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory locking} è di norma
848 disabilitata, e deve essere attivata filesystem per filesystem in fase di
849 montaggio, specificando l'apposita opzione di \func{mount} riportata in
850 sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}, o con l'opzione \code{-o mand} per il
851 comando omonimo.
852
853 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
854 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
855 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
856 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
857 per \func{fcntl}.
858
859 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
860 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
861 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
862 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
863 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
864 direttamente il \textit{file locking}.
865
866 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
867 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
868 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
869 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
870 di \errcode{EAGAIN}.
871
872 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
873 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
874 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
875 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
876 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
877
878 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
879 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
880 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
881 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
882 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
883 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
884 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
885 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
886 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
887
888 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
889 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (vedi
890 sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti, quando si esegue
891 la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un accesso al contenuto
892 del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile eseguire il
893 \textit{memory mapping} di un file su cui sono presenti dei
894 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
895   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
896   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
897   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
898 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
899   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
900   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
901 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
902 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
903 possibilità di modificare il file.
904
905 Si tenga conto infine che su Linux l'implementazione corrente del
906 \textit{mandatory locking} è difettosa e soffre di una \textit{race
907   condition}, per cui una scrittura con \func{write} che si sovrapponga alla
908 richiesta di un \textit{read lock} può modificare i dati anche dopo che questo
909 è stato ottenuto, ed una lettura con \func{read} può restituire dati scritti
910 dopo l'ottenimento di un \textit{write lock}. Lo stesso tipo di problema si
911 può presentare anche con l'uso di file mappati in memoria; pertanto allo stato
912 attuale delle cose è sconsigliabile fare affidamento sul \textit{mandatory
913   locking}.
914
915 \itindend{file~locking}
916
917 \itindend{mandatory~locking}
918
919
920 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
921 \label{sec:file_multiplexing}
922
923
924 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
925 su molti file usando le funzioni illustrate in
926 sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec:files_std_interface} è che
927 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
928 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
929 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
930 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
931 I/O.
932
933
934 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
935 \label{sec:file_noblocking}
936
937 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
938 \textit{fast} e \textit{slow} \textit{system call}, che in certi casi le
939 funzioni di I/O eseguite su un file descriptor possono bloccarsi
940 indefinitamente. Questo non avviene mai per i file normali, per i quali le
941 funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito, ma può avvenire per
942 alcuni file di dispositivo, come ad esempio una seriale o un terminale, o con
943 l'uso di file descriptor collegati a meccanismi di intercomunicazione come le
944 \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ed i socket (vedi
945 sez.~\ref{sec:sock_socket_def}). In casi come questi ad esempio una operazione
946 di lettura potrebbe bloccarsi se non ci sono dati disponibili sul descrittore
947 su cui la si sta effettuando.
948
949 Questo comportamento è alla radice di una delle problematiche più comuni che
950 ci si trova ad affrontare nella gestione delle operazioni di I/O: la necessità
951 di operare su più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi
952 indefinitamente senza che sia possibile prevedere quando questo può
953 avvenire. Un caso classico è quello di un server di rete (tratteremo la
954 problematica in dettaglio nella seconda parte della guida) in attesa di dati
955 in ingresso prevenienti da vari client.
956
957 In un caso di questo tipo, se si andasse ad operare sui vari file descriptor
958 aperti uno dopo l'altro, potrebbe accadere di restare bloccati nell'eseguire
959 una lettura su uno di quelli che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne
960 potrebbe essere un altro con dati disponibili. Questo comporta nel migliore
961 dei casi una operazione ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di
962 quella bloccata, mentre nel peggiore dei casi, quando la conclusione
963 dell'operazione bloccata dipende da quanto si otterrebbe dal file descriptor
964 ``\textsl{disponibile}'', si potrebbe addirittura arrivare ad un
965 \textit{deadlock}.
966
967 \itindbeg{polling}
968
969 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è possibile
970 prevenire questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file
971 in \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag
972 \const{O\_NONBLOCK} nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni
973 di lettura o scrittura eseguite sul file che si sarebbero bloccate ritornano
974 immediatamente, restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa
975 modalità di I/O permette di risolvere il problema controllando a turno i vari
976 file descriptor, in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non
977 viene garantito. Ovviamente questa tecnica, detta \textit{polling}, è
978 estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
979 eseguire in continuazione delle \textit{system call} che nella gran parte dei
980 casi falliranno.
981
982 \itindend{polling}
983
984 É appunto per superare questo problema è stato introdotto il concetto di
985 \textit{I/O multiplexing}, una nuova modalità per la gestione dell'I/O che
986 consente di tenere sotto controllo più file descriptor in contemporanea,
987 permettendo di bloccare un processo quando le operazioni di lettura o
988 scrittura non sono immediatamente effettuabili, e di riprenderne l'esecuzione
989 una volta che almeno una di quelle che erano state richieste diventi
990 possibile, in modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare
991 bloccati.
992
993 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
994 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
995 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
996 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
997 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
998 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
999
1000
1001 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
1002 \label{sec:file_select}
1003
1004 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
1005   multiplexing} è stato BSD, con la funzione \funcd{select} che è apparsa in
1006 BSD4.2 ed è stata standardizzata in BSD4.4, in seguito è stata portata su
1007 tutti i sistemi che supportano i socket, compreso le varianti di System V ed
1008 inserita in POSIX.1-2001; il suo prototipo è:\footnote{l'header
1009   \texttt{sys/select.h} è stato introdotto con POSIX.1-2001, è ed presente con
1010   le \acr{glibc} a partire dalla versione 2.0, in precedenza, con le
1011   \acr{libc4} e le \acr{libc5}, occorreva includere \texttt{sys/time.h},
1012   \texttt{sys/types.h} e \texttt{unistd.h}.}
1013
1014 \begin{funcproto}{
1015 \fhead{sys/select.h}
1016 \fdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
1017     *exceptfds, \\
1018 \phantom{int select(}struct timeval *timeout)}
1019 \fdesc{Attende che uno fra i file descriptor degli insiemi specificati diventi
1020   attivo.} 
1021 }
1022 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1023   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1024   \begin{errlist}
1025   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor non valido
1026     (chiuso o con errori) in uno degli insiemi.
1027   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1028   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1029     o un valore non valido per \param{timeout}.
1030   \end{errlist}
1031   ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.}
1032 \end{funcproto}
1033
1034 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
1035 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
1036 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1037 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1038 \param{timeout}.
1039
1040 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1041
1042 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1043 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1044 \typed{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1045 maniera analoga a come un \textit{signal set} (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigset})
1046 identifica un insieme di segnali. Per la manipolazione di questi \textit{file
1047   descriptor set} si possono usare delle opportune macro di preprocessore:
1048
1049 {\centering
1050 \vspace{3pt}
1051 \begin{funcbox}{
1052 \fhead{sys/select.h}
1053 \fdecl{void \macrod{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1054 \fdesc{Inizializza l'insieme (vuoto).} 
1055 \fdecl{void \macrod{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1056 \fdesc{Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.} 
1057 \fdecl{void \macrod{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1058 \fdesc{Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.} 
1059 \fdecl{int \macrod{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1060 \fdesc{Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.} 
1061 }
1062 \end{funcbox}}
1063
1064
1065 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1066 \macrod{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1067 al limite per il numero massimo di file aperti (ad esempio in Linux, fino alla
1068 serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo), ma da quando, nelle
1069 versioni più recenti del kernel, questo limite è stato rimosso, esso indica le
1070 dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file descriptor set}, ed il
1071 suo valore, secondo lo standard POSIX 1003.1-2001, è definito in
1072 \headfile{sys/select.h}, ed è pari a 1024.
1073
1074 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1075 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1076 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili. Allo stesso modo
1077 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1078 eccede \macro{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1079
1080 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1081 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1082 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1083   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1084   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
1085 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1086 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni come i
1087 dati urgenti su un socket, (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1088
1089 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1090 \macro{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente, la funzione richiede di
1091 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1092 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1093 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1094 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1095 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno. Si ricordi infatti che
1096 i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1097 valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo,
1098 dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore comune.
1099
1100 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con il puntatore ad una struttura
1101 di tipo \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un
1102 tempo massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a
1103 \val{NULL} la funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un
1104 tempo nullo (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a
1105 zero), qualora si voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file
1106 descriptor, e così può essere utilizzata eseguire il \textit{polling} su un
1107 gruppo di file descriptor. Usare questo argomento con tutti i \textit{file
1108   descriptor set} vuoti è un modo portabile, disponibile anche su sistemi in
1109 cui non sono disponibili le funzioni avanzate di sez.~\ref{sec:sig_timer_adv},
1110 per tenere un processo in stato di \textit{sleep} con precisioni inferiori al
1111 secondo.
1112
1113 In caso di successo la funzione restituisce il numero di file descriptor
1114 pronti, seguendo il comportamento previsto dallo standard
1115 POSIX.1-2001,\footnote{si tenga però presente che esistono alcune versioni di
1116   Unix che non si comportano in questo modo, restituendo un valore positivo
1117   generico.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per indicare quali sono i
1118 file descriptor pronti per le operazioni ad esso relative, in modo da poterli
1119 controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece scade il tempo indicato
1120 da \param{timout} viene restituito un valore nullo e i \textit{file descriptor
1121   set} non vengono modificati. In caso di errore la funzione restituisce $-1$, i
1122 valori dei tre insiemi e di \param{timeout} sono indefiniti e non si può fare
1123 nessun affidamento sul loro contenuto; nelle versioni più recenti della
1124 funzione invece i \textit{file descriptor set} non vengono modificati anche in
1125 caso di errore.
1126
1127 Si tenga presente infine che su Linux, in caso di programmazione
1128 \textit{multi-thread} se un file descriptor viene chiuso in un altro
1129 \textit{thread} rispetto a quello in cui si sta usando \func{select}, questa
1130 non subisce nessun effetto. In altre varianti di sistemi unix-like invece
1131 \func{select} ritorna indicando che il file descriptor è pronto, con
1132 conseguente possibile errore nel caso lo si usi senza che sia stato
1133 riaperto. Lo standard non prevede niente al riguardo e non si deve dare per
1134 assunto nessuno dei due comportamenti se si vogliono scrivere programmi
1135 portabili.
1136
1137 \itindend{file~descriptor~set}
1138
1139 Una volta ritornata la funzione, si potrà controllare quali sono i file
1140 descriptor pronti, ed operare su di essi. Si tenga presente però che
1141 \func{select} fornisce solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni in
1142 cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file descriptor è
1143 pronto, ma l'esecuzione di una operazione di I/O si bloccherebbe: ad esempio
1144 con Linux questo avviene quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono
1145 scartati perché corrotti (ma sono possibili pure altri casi); in tal caso pur
1146 risultando il relativo file descriptor pronto in lettura una successiva
1147 esecuzione di una \func{read} si bloccherebbe. Per questo motivo quando si usa
1148 l'\textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso delle funzioni di
1149 lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1150
1151 Su Linux quando la \textit{system call} \func{select} viene interrotta da un
1152 segnale modifica il valore nella struttura puntata da \param{timeout},
1153 impostandolo al tempo restante. In tal caso infatti si ha un errore di
1154 \errcode{EINTR} ed occorre rilanciare la funzione per proseguire l'attesa, ed
1155 in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le volte il tempo
1156 rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia quando si usa codice
1157 scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si usano programmi
1158 scritti per altri sistemi che non dispongono di questa caratteristica e
1159 ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In genere questa caratteristica è
1160 disponibile nei sistemi che derivano da System V e non è disponibile per
1161 quelli che derivano da BSD; lo standard POSIX.1-2001 non permette questo
1162 comportamento e per questo motivo le \acr{glibc} nascondono il comportamento
1163 passando alla \textit{system call} una copia dell'argomento \param{timeout}.
1164
1165 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1166 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1167 controllo.  Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1168 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1169 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1170 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1171 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1172
1173 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1174 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1175 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1176 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1177 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1178 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni. 
1179
1180 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1181   multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1182 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1183 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1184 vengano dichiarate nell'header \headfiled{sys/select.h}, che sostituisce i
1185 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1186 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1187   l'header \headfile{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle
1188   \acr{glibc} 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header,
1189   le \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
1190   senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1191   \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1192   \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1193   maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1194
1195 \begin{funcproto}{
1196 \fhead{sys/select.h}
1197 \fdecl{int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, 
1198   fd\_set *exceptfds, \\ 
1199 \phantom{int pselect(}struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1200 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1201   attivo.} 
1202 }
1203 {La funzione ritorna il numero (anche nullo) di file descriptor che sono
1204   attivi in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno}
1205   assumerà uno dei valori:
1206   \begin{errlist}
1207   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1208     degli insiemi.
1209   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1210   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1211     o un valore non valido per \param{timeout}.
1212    \end{errlist}
1213    ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.
1214 }
1215 \end{funcproto}
1216
1217 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1218 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1219 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1220 caso di interruzione. In realtà anche in questo caso la \textit{system call}
1221 di Linux aggiorna il valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle
1222 \acr{glibc} modifica questo comportamento passando alla \textit{system call}
1223 una variabile locale, in modo da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che
1224 richiede che il valore di \param{timeout} non sia modificato. 
1225
1226 Rispetto a \func{select} la nuova funzione prende un argomento
1227 aggiuntivo \param{sigmask}, un puntatore ad una maschera di segnali (si veda
1228 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  Nell'esecuzione la maschera dei segnali corrente
1229 viene sostituita da quella così indicata immediatamente prima di eseguire
1230 l'attesa, e viene poi ripristinata al ritorno della funzione. L'uso
1231 di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1232 \textit{race condition} quando oltre alla presenza di dati sui file descriptor
1233 come nella \func{select} ordinaria, ci si deve porre in attesa anche
1234 dell'arrivo di un segnale.
1235
1236 Come abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_example} la tecnica classica per
1237 rilevare l'arrivo di un segnale è quella di utilizzare il gestore per
1238 impostare una variabile globale e controllare questa nel corpo principale del
1239 programma; abbiamo visto in quell'occasione come questo lasci spazio a
1240 possibili \textit{race condition}, per cui diventa essenziale utilizzare
1241 \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire
1242 il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde
1243 evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe
1244 perso.
1245
1246 Nel nostro caso il problema si pone quando, oltre al segnale, si devono tenere
1247 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1248 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1249 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1250 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1251 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1252 qui però emerge una \textit{race condition}, perché se il segnale arriva prima
1253 della chiamata a \func{select}, questa non verrà interrotta, e la ricezione
1254 del segnale non sarà rilevata.
1255
1256 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1257 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1258 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1259   kernel 2.6.16, non era presente la relativa \textit{system call}, e la
1260   funzione era implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
1261   \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \textit{race condition}
1262   permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una soluzione alternativa,
1263   chiamata \itindex{self-pipe~trick} \textit{self-pipe trick}, che consiste
1264   nell'aprire una \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare
1265   \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare l'arrivo di
1266   un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del gestore dello
1267   stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima della chiamata di
1268   \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla presenza di dati sulla
1269   \textit{pipe}.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così che il
1270 precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1271 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1272 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1273 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1274 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1275
1276
1277 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1278 \label{sec:file_poll}
1279
1280 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1281 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta una
1282 interfaccia completamente diversa, basata sulla funzione di sistema
1283 \funcd{poll},\footnote{la funzione è prevista dallo standard XPG4, ed è stata
1284   introdotta in Linux come \textit{system call} a partire dal kernel 2.1.23 ed
1285   inserita nelle \acr{libc} 5.4.28, originariamente l'argomento \param{nfds}
1286   era di tipo \ctyp{unsigned int}, la funzione è stata inserita nello standard
1287   POSIX.1-2001 in cui è stato introdotto il tipo nativo \typed{nfds\_t}.} il
1288 cui prototipo è:
1289
1290 \begin{funcproto}{
1291 \fhead{sys/poll.h}
1292 \fdecl{int poll(struct pollfd *ufds, nfds\_t nfds, int timeout)}
1293 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1294   descriptor.} 
1295 }
1296
1297 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1298   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1299   \begin{errlist}
1300   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1301     degli insiemi.
1302   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1303   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1304     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1305   \end{errlist}
1306   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.}
1307 \end{funcproto}
1308
1309 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1310 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1311 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1312 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1313 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1314 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1315 immediato, e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1316 \textsl{non-bloccante}.
1317
1318 \begin{figure}[!htb]
1319   \footnotesize \centering
1320   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1321     \includestruct{listati/pollfd.h}
1322   \end{minipage} 
1323   \normalsize 
1324   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1325     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1326   \label{fig:file_pollfd}
1327 \end{figure}
1328
1329 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1330 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1331 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1332 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1333 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1334 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1335 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1336 risultato. 
1337
1338 Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente struttura sarà
1339 ignorata da \func{poll} ed il campo \var{revents} verrà azzerato, questo
1340 consente di eliminare temporaneamente un file descriptor dalla lista senza
1341 dover modificare il vettore \param{ufds}. Dato che i dati in ingresso sono del
1342 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1343 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1344 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1345
1346 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1347 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportate in
1348 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1349 suddivise in tre gruppi principali, nel primo gruppo si sono indicati i bit
1350 utilizzati per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per
1351 l'attività in uscita, infine il terzo gruppo contiene dei valori che vengono
1352 utilizzati solo nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di
1353 errore.
1354
1355 \begin{table}[htb]
1356   \centering
1357   \footnotesize
1358   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1359     \hline
1360     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1361     \hline
1362     \hline
1363     \constd{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1364     \constd{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1365     \constd{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1366     \constd{POLLPRI}   & È possibile la lettura di dati urgenti.\\ 
1367     \hline
1368     \constd{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1369     \constd{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1370     \constd{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1371     \hline
1372     \constd{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1373     \constd{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1374     \constd{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1375                         socket.\footnotemark\\ 
1376     \constd{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1377     \hline
1378     \constd{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1379     \hline    
1380   \end{tabular}
1381   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1382     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1383   \label{tab:file_pollfd_flags}
1384 \end{table}
1385
1386 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1387   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1388   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1389   socket, situazione che si viene chiamata appunto \textit{half-close}
1390   (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori dettagli in
1391   sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1392
1393 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1394 compatibilità con l'implementazione di System V che usa i cosiddetti
1395 ``\textit{stream}''. Si tratta di una interfaccia specifica di SysV non
1396 presente in Linux, che non ha nulla a che fare con gli \textit{stream} delle
1397 librerie standard del C visti in sez.~\ref{sec:file_stream}. Da essa derivano
1398 i nomi di alcune costanti poiché per quegli \textit{stream} sono definite tre
1399 classi di dati: \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In
1400 Linux la distinzione ha senso solo per i dati urgenti dei socket (vedi
1401 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll} reagisce
1402 alle varie condizioni dei socket torneremo in sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll},
1403 dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1404
1405 Le costanti relative ai diversi tipi di dati normali e prioritari che fanno
1406 riferimento alle implementazioni in stile System V sono \const{POLLRDNORM},
1407 \const{POLLWRNORM}, \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND}. Le prime due sono
1408 equivalenti rispettivamente a \const{POLLIN} e \const{POLLOUT},
1409 \const{POLLRDBAND} non viene praticamente mai usata su Linux mentre
1410 \const{POLLWRBAND} ha senso solo sui socket. In ogni caso queste costanti sono
1411 utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1412 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.
1413
1414 In caso di successo \func{poll} ritorna restituendo il numero di file (un
1415 valore positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa
1416 richieste o per i quali si è verificato un errore, avvalorando i relativi bit
1417 di \var{revents}. In caso di errori sui file vengono utilizzati i valori della
1418 terza sezione di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} che hanno significato solo
1419 per \var{revents} (se specificati in \var{events} vengono ignorati). Un valore
1420 di ritorno nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore
1421 negativo indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al
1422 solito tramite \var{errno}.
1423
1424 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1425 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1426 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1427 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}
1428 e la dimensione dei dati passati al kernel dipende solo dal numero dei file
1429 descriptor che si vogliono controllare, non dal loro valore. Infatti, anche se
1430 usando dei bit un \textit{file descriptor set} può essere più efficiente di un
1431 vettore di strutture \struct{pollfd}, qualora si debba osservare un solo file
1432 descriptor con un valore molto alto ci si troverà ad utilizzare inutilmente un
1433 maggiore quantitativo di memoria.
1434
1435 Inoltre con \func{select} lo stesso \textit{file descriptor set} è usato sia
1436 in ingresso che in uscita, e questo significa che tutte le volte che si vuole
1437 ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo da capo. Questa operazione, che
1438 può essere molto onerosa se i file descriptor da tenere sotto osservazione
1439 sono molti, non è invece necessaria con \func{poll}.
1440
1441 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1442 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1443 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1444 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1445 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1446
1447 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1448 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1449 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1450 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1451 prototipo è:
1452
1453 \begin{funcproto}{
1454 \fhead{sys/poll.h}
1455 \fdecl{int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, 
1456   const struct timespec *timeout, \\
1457 \phantom{int ppoll(}const sigset\_t *sigmask)} 
1458
1459 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file descriptor.}
1460 }
1461
1462 {La funzione ritorna il numero di file descriptor con attività in caso di
1463   successo, $0$ se c'è stato un timeout e $-1$ per un errore, nel qual caso
1464   \var{errno} assumerà uno dei valori:
1465   \begin{errlist}
1466   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1467     degli insiemi.
1468   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1469   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1470     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1471   \end{errlist}
1472 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.
1473 }  
1474 \end{funcproto}
1475
1476 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1477 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
1478 segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
1479 resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale.  L'uso
1480 di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
1481 manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
1482 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1483
1484 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1485 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1486 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1487 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la
1488 \textit{system call} che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione
1489 viene interrotta da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come
1490 per \func{pselect} la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera
1491 questo comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout} anche se
1492 in questo caso non esiste nessuno standard che richieda questo comportamento.
1493
1494 Infine anche per \func{poll} e \func{ppoll} valgono le considerazioni relative
1495 alla possibilità di avere delle notificazione spurie della disponibilità di
1496 accesso ai file descriptor illustrate per \func{select} in
1497 sez.~\ref{sec:file_select}, che non staremo a ripetere qui.
1498
1499 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1500 \label{sec:file_epoll}
1501
1502 \itindbeg{epoll}
1503
1504 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1505 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1506 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1507   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1508   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}.}
1509 in particolare nel caso in cui solo pochi di questi diventano attivi. Il
1510 problema in questo caso è che il tempo impiegato da \func{poll} a trasferire i
1511 dati da e verso il kernel è proporzionale al numero di file descriptor
1512 osservati, non a quelli che presentano attività.
1513
1514 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1515 eventi al secondo (il caso classico è quello di un server web di un sito con
1516 molti accessi) l'uso di \func{poll} comporta la necessità di trasferire avanti
1517 ed indietro da \textit{user space} a \textit{kernel space} una lunga lista di
1518 strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1519 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1520 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1521 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1522 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1523 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1524 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1525
1526 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1527 specialistiche (come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue} in BSD)
1528 il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le informazioni
1529 relative ai file descriptor osservati che presentano una attività, evitando
1530 così le problematiche appena illustrate. In genere queste prevedono che si
1531 registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto osservazione, e
1532 forniscono un meccanismo che notifica quali di questi presentano attività.
1533
1534 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1535 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1536   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1537   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1538   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1539 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1540 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1541 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1542 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1543 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1544 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1545 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1546 \textsl{pronto}.
1547
1548 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1549 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1550 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1551 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1552 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1553 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1554 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1555 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1556 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1557
1558 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1559 servizio è chiamata \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da
1560   Davide Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44,
1561   ma la sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66, il supporto
1562   è stato aggiunto nelle \acr{glibc} a partire dalla versione 2.3.2.} anche se
1563 sono state in discussione altre interfacce con le quali effettuare lo stesso
1564 tipo di operazioni; \textit{epoll} è in grado di operare sia in modalità
1565 \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1566
1567 La prima versione di \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file
1568 di dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1569 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia ma poi si è passati all'uso di
1570 apposite \textit{system call}.  Il primo passo per usare l'interfaccia di
1571 \textit{epoll} è pertanto quello ottenere detto file descriptor chiamando una
1572 delle due funzioni di sistema \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},
1573 i cui prototipi sono:
1574
1575 \begin{funcproto}{
1576 \fhead{sys/epoll.h}
1577 \fdecl{int epoll\_create(int size)}
1578 \fdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1579
1580 \fdesc{Apre un file descriptor per \textit{epoll}.}
1581 }
1582 {Le funzioni ritornano un file descriptor per \textit{epoll} in caso di
1583   successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
1584   valori:
1585   \begin{errlist}
1586   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1587     positivo o non valido per \param{flags}.
1588   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1589     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1590     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1591   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1592     nel sistema.
1593   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1594     l'istanza.
1595   \end{errlist}
1596 }  
1597 \end{funcproto}
1598
1599 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor, detto anche
1600 \textit{epoll descriptor}; si tratta di un file descriptor speciale (per cui
1601 \func{read} e \func{write} non sono supportate) che viene associato alla
1602 infrastruttura utilizzata dal kernel per gestire la notifica degli eventi, e
1603 che può a sua volta essere messo sotto osservazione con una chiamata a
1604 \func{select}, \func{poll} o \func{epoll\_ctl}; in tal caso risulterà pronto
1605 quando saranno disponibili eventi da notificare riguardo i file descriptor da
1606 lui osservati.\footnote{è anche possibile inviarlo ad un altro processo
1607   attraverso un socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}) ma
1608   l'operazione non ha alcun senso dato che il nuovo processo non avrà a
1609   disposizione le copie dei file descriptor messe sotto osservazione tramite
1610   esso.} Una volta che se ne sia terminato l'uso si potranno rilasciare tutte
1611 le risorse allocate chiudendolo semplicemente con \func{close}.
1612
1613 Nel caso di \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare
1614 l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
1615 controllo, e costituiva solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di
1616 risorse sufficienti, non un valore massimo, ma a partire dal kernel 2.6.8 esso
1617 viene totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.
1618
1619 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata introdotta
1620 come estensione della precedente (è disponibile solo a partire dal kernel
1621 2.6.27) per poter passare dei flag di controllo come maschera binaria in fase
1622 di creazione del file descriptor. Al momento l'unico valore legale
1623 per \param{flags} (a parte lo zero) è \constd{EPOLL\_CLOEXEC}, che consente di
1624 impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1625 \textit{close-on-exec} (si è trattato il significato di \const{O\_CLOEXEC} in
1626 sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia necessaria una successiva
1627 chiamata a \func{fcntl}.
1628
1629 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1630 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1631 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione di sistema
1632 dell'interfaccia, \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1633
1634 \begin{funcproto}{
1635 \fhead{sys/epoll.h}
1636 \fdecl{int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1637
1638 \fdesc{Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.}
1639 }
1640
1641 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1642   caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1643   \begin{errlist}
1644   \item[\errcode{EBADF}] i file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1645     validi.
1646   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1647     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1648   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1649     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1650     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1651   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1652     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1653   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1654     l'operazione richiesta.
1655   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1656     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1657     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1658   \item[\errcode{EPERM}] il file associato a \param{fd} non supporta l'uso di
1659     \textit{epoll}.
1660   \end{errlist}
1661   }  
1662 \end{funcproto}
1663
1664 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1665 \textit{epoll}, \param{epfd}, che indica quale istanza di \textit{epoll} usare
1666 e deve pertanto essere stato ottenuto in precedenza con una chiamata a
1667 \func{epoll\_create} o \func{epoll\_create1}. L'argomento \param{fd} indica
1668 invece il file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo
1669 può essere un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche
1670 un altro file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1671
1672 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1673 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1674 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1675 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1676 delle operazioni cui fanno riferimento.
1677
1678 \begin{table}[htb]
1679   \centering
1680   \footnotesize
1681   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1682     \hline
1683     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1684     \hline
1685     \hline
1686     \constd{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1687                               \param{fd} alla lista dei file descriptor
1688                               controllati tramite \param{epfd}, in
1689                               \param{event} devono essere specificate le
1690                               modalità di osservazione.\\
1691     \constd{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1692                               descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1693                               \param{event}.\\
1694     \constd{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1695                               dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1696    \hline    
1697   \end{tabular}
1698   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1699     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1700   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1701 \end{table}
1702
1703 % era stata aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE in previsione del kernel 3.7, vedi
1704 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1705 % ma non è mai stata inserita.
1706
1707 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1708 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo utilizzando una serie
1709 di chiamate a \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è
1710   che queste chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor,
1711   incorrendo in una perdita di prestazioni qualora il numero di file
1712   descriptor sia molto grande; per questo è stato proposto di introdurre come
1713   estensione una funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con
1714   una sola chiamata le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso
1715 di \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1716 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1717 osservazione. Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file
1718 descriptor lo si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1719 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1720
1721 Anche se è possibile tenere sotto controllo lo stesso file descriptor in due
1722 istanze distinte di \textit{epoll} in genere questo è sconsigliato in quanto
1723 entrambe riceveranno le notifiche, e gestire correttamente le notifiche
1724 multiple richiede molta attenzione. Se invece si cerca di inserire due volte
1725 lo stesso file descriptor nella stessa istanza di \textit{epoll} la funzione
1726 fallirà con un errore di \errval{EEXIST}.  Tuttavia è possibile inserire nella
1727 stessa istanza file descriptor duplicati (si ricordi quanto visto in
1728 sez.~\ref{sec:file_dup}), una tecnica che può essere usata per registrarli con
1729 un valore diverso per \param{events} e classificare così diversi tipi di
1730 eventi.
1731
1732 Si tenga presente che quando si chiude un file descriptor questo, se era stato
1733 posto sotto osservazione da una istanza di \textit{epoll}, viene rimosso
1734 automaticamente solo nel caso esso sia l'unico riferimento al file aperto
1735 sottostante (più precisamente alla struttura \kstruct{file}, si ricordi
1736 fig.~\ref{fig:file_dup}) e non è necessario usare
1737 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}. Questo non avviene qualora esso sia stato duplicato
1738 (perché la suddetta struttura non viene disallocata) e si potranno ricevere
1739 eventi ad esso relativi anche dopo che lo si è chiuso; per evitare
1740 l'inconveniente è necessario rimuoverlo esplicitamente con
1741 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1742
1743 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1744 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1745 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1746 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1747 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1748 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1749   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1750   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1751   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1752   puntatore valido.}
1753
1754 \begin{figure}[!htb]
1755   \footnotesize \centering
1756   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1757     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1758   \end{minipage} 
1759   \normalsize 
1760   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1761     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1762     \textit{epoll}.}
1763   \label{fig:epoll_event}
1764 \end{figure}
1765
1766 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1767 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1768 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1769 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1770 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1771
1772 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1773 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1774 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1775 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Nella prima parte della tabella si sono indicate
1776 le costanti che permettono di indicare il tipo di evento, che sono le
1777 equivalenti delle analoghe di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} per
1778 \func{poll}. Queste sono anche quelle riportate nella struttura
1779 \struct{epoll\_event} restituita da \func{epoll\_wait} per indicare il tipo di
1780 evento presentatosi, insieme a quelle della seconda parte della tabella, che
1781 vengono comunque riportate anche se non le si sono impostate con
1782 \func{epoll\_ctl}. La terza parte della tabella contiene le costanti che
1783 modificano le modalità di notifica.
1784
1785 \begin{table}[htb]
1786   \centering
1787   \footnotesize
1788   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
1789     \hline
1790     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1791     \hline
1792     \hline
1793     \constd{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1794                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1795     \constd{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1796                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1797     \constd{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1798                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1799                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1800                           della stessa (vedi
1801                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1802     \constd{EPOLLPRI}    & Ci sono dati urgenti disponibili in lettura (analogo
1803                           di \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1804                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1805                           in ingresso.\\ 
1806     \hline
1807     \constd{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1808                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1809                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1810                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1811     \constd{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1812                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1813                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1814     \hline
1815     \constd{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1816                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1817     \constd{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1818                           descriptor associato (questa modalità è disponibile
1819                           solo a partire dal kernel 2.6.2).\\
1820     \constd{EPOLLWAKEUP} & Attiva la prevenzione della sospensione del sistema
1821                           se il file descriptor che si è marcato con esso
1822                           diventa pronto (aggiunto a partire dal kernel 3.5),
1823                           può essere impostato solo dall'amministratore (o da
1824                           un processo con la capacità
1825                           \const{CAP\_BLOCK\_SUSPEND}).\\ 
1826     \hline
1827   \end{tabular}
1828   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1829     \struct{epoll\_event}.}
1830   \label{tab:epoll_events}
1831 \end{table}
1832
1833 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1834   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo di
1835   un socket quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1836
1837 Il secondo campo, \var{data}, è una \dirct{union} che serve a identificare il
1838 file descriptor a cui si intende fare riferimento, ed in astratto può
1839 contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse forme) che ne permetta
1840 una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo però è quello in cui si
1841 specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl} nella forma
1842 \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo stesso valore
1843 dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata identificazione del
1844 file descriptor.
1845
1846 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1847
1848 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1849 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1850 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1851 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  
1852
1853 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1854 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1855 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1856 di dati in blocchi separati (questo è tipico con i socket di rete, in quanto i
1857 dati arrivano a pacchetti) può causare una generazione di eventi (ad esempio
1858 segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la condizione è già
1859 stata rilevata (si avrebbe cioè una rottura della logica \textit{edge
1860   triggered}).
1861
1862 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1863 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1864 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1865 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1866 automaticamente disattivato (la cosa avviene contestualmente al ritorno di
1867 \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione) e per essere riutilizzato
1868 dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva chiamata con
1869 \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1870
1871 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1872 i relativi eventi, la funzione di sistema che consente di attendere
1873 l'occorrenza di uno di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1874
1875 \begin{funcproto}{
1876 \fhead{sys/epoll.h}
1877 \fdecl{int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
1878   int timeout)}
1879
1880 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.}
1881 }
1882
1883 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1884   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1885   \begin{errlist}
1886   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1887   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1888   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1889     della scadenza di \param{timeout}.
1890   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1891     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1892   \end{errlist}
1893 }  
1894 \end{funcproto}
1895
1896 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1897 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1898 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1899 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1900 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1901 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1902 con l'argomento \param{maxevents}.
1903
1904 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1905 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1906 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1907 indica di non attendere e ritornare immediatamente (anche in questo caso il
1908 valore di ritorno sarà nullo) o il valore $-1$, che indica un'attesa
1909 indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre un intero
1910 positivo.
1911
1912 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1913 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1914 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1915 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1916 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1917 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1918 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1919 identificare il file descriptor, ed è per questo che, come accennato, è
1920 consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.
1921
1922 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1923 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1924 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1925 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1926 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1927 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1928 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1929 luce delle modifiche.
1930
1931 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1932 il ritorno di \func{epoll\_wait} avviene solo quando il file descriptor ha
1933 cambiato stato diventando pronto. Esso non sarà riportato nuovamente fino ad
1934 un altro cambiamento di stato, per cui occorre assicurarsi di aver
1935 completamente esaurito le operazioni su di esso.  Questa condizione viene
1936 generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di \errcode{EAGAIN} al
1937 ritorno di una \func{read} o una \func{write}, (è opportuno ricordare ancora
1938 una volta che l'uso dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui
1939 file in modalità non bloccante) ma questa non è la sola modalità possibile, ad
1940 esempio la condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono
1941 stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
1942
1943 Si tenga presente che in modalità \textit{edge triggered}, dovendo esaurire le
1944 attività di I/O dei file descriptor risultati pronti per poter essere
1945 rinotificati, la gestione elementare per cui li si trattano uno per uno in
1946 sequenza può portare ad un effetto denominato \textit{starvation}
1947 (``\textsl{carestia}'').  Si rischia cioè di concentrare le operazioni sul
1948 primo file descriptor che dispone di molti dati, prolungandole per tempi molto
1949 lunghi con un ritardo che può risultare eccessivo nei confronti di quelle da
1950 eseguire sugli altri che verrebbero dopo.  Per evitare questo tipo di
1951 problematiche viene consigliato di usare \func{epoll\_wait} per registrare un
1952 elenco dei file descriptor da gestire, e di trattarli a turno in maniera più
1953 equa.
1954
1955 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1956 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1957 contemporaneamente.  Valgono le osservazioni fatte in
1958 sez.~\ref{sec:file_select}, e per poterlo fare di nuovo è necessaria una
1959 variante della funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una
1960 maschera di segnali, analoga alle estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che
1961 abbiamo visto in precedenza per \func{select} e \func{poll}. In questo caso la
1962 funzione di sistema si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funzione è
1963   stata introdotta a partire dal kernel 2.6.19, ed è, come tutta l'interfaccia
1964   di \textit{epoll}, specifica di Linux.} ed il suo prototipo è:
1965
1966 \begin{funcproto}{
1967 \fhead{sys/epoll.h}
1968 \fdecl{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1969     int timeout, \\
1970 \phantom{int epoll\_pwait(}const sigset\_t *sigmask)}
1971
1972 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando
1973     i segnali.}  }
1974
1975 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1976   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già
1977   visti con \func{epoll\_wait}.
1978
1979 }  
1980 \end{funcproto}
1981
1982 La funzione è del tutto analoga \func{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1983 uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
1984 l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
1985 la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
1986 in maniera atomica:
1987 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1988
1989 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1990 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1991 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1992 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1993 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
1994 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
1995 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
1996
1997 \itindend{epoll}
1998
1999
2000 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
2001 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
2002
2003 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
2004 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
2005 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
2006 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili \textit{race
2007   condition} sono state introdotte estensioni dello standard POSIX e funzioni
2008 apposite come \func{pselect}, \func{ppoll} e \func{epoll\_pwait}.
2009
2010 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
2011 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
2012 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
2013 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
2014 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
2015 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
2016 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
2017 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
2018 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
2019 \textsl{sincrona}, come quelle dell'\textit{I/O multiplexing} appena
2020 illustrate.
2021
2022 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
2023 gli eventi a cui deve reagire in maniera sincrona generando le opportune
2024 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
2025 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
2026 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
2027 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
2028 \textit{race conditions}. In sostanza se non ci fossero i segnali non ci
2029 sarebbe da preoccuparsi, fintanto che si effettuano operazioni all'interno di
2030 un processo, della non atomicità delle \textit{system call} lente che vengono
2031 interrotte e devono essere riavviate.
2032
2033 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
2034 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
2035 sincrona dei segnali, con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
2036 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
2037 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
2038 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
2039 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
2040 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
2041 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
2042 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
2043 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
2044 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
2045
2046 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
2047 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
2048 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
2049 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
2050 opportuni file descriptor. Ovviamente si tratta di una funzionalità specifica
2051 di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista da nessuno
2052 standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.
2053
2054 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
2055 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
2056 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
2057 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
2058 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
2059 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \func{epoll\_wait}) allo
2060 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
2061 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
2062 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
2063
2064 La funzione di sistema che permette di abilitare la ricezione dei segnali
2065 tramite file descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella
2066   riportata è l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono
2067   infatti due versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
2068   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
2069   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
2070   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
2071   che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
2072   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
2073   maschera dei segnali, il cui valore viene impostato automaticamente dalle
2074   \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
2075
2076 \begin{funcproto}{
2077 \fhead{sys/signalfd.h}
2078 \fdecl{int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
2079
2080 \fdesc{Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.}
2081 }
2082
2083 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2084   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2085   \begin{errlist}
2086   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
2087   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2088     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
2089   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2090     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode}
2091     associati al file descriptor.
2092   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2093     descriptor di \func{signalfd}.
2094   \end{errlist}
2095   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2096   
2097 }  
2098 \end{funcproto}
2099
2100 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
2101 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
2102 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
2103 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
2104 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
2105 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
2106 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
2107 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
2108 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
2109
2110 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
2111 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
2112 puntatore ad una maschera di segnali creata con l'uso delle apposite macro già
2113 illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La maschera deve indicare su quali
2114 segnali si intende operare con \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato
2115 con una successiva chiamata a \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e
2116 \signal{SIGSTOP} non possono essere intercettati (e non prevedono neanche la
2117 possibilità di un gestore) un loro inserimento nella maschera verrà ignorato
2118 senza generare errori.
2119
2120 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
2121 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
2122 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
2123 impostazione successiva con \func{fcntl} (si ricordi che questo è un argomento
2124 aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
2125 per kernel precedenti il valore deve essere nullo).  L'argomento deve essere
2126 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2127 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2128
2129 \begin{table}[htb]
2130   \centering
2131   \footnotesize
2132   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2133     \hline
2134     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2135     \hline
2136     \hline
2137     \constd{SFD\_NONBLOCK}&imposta sul file descriptor il flag di
2138                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2139     \constd{SFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2140                            chiusura automatica del file descriptor nella
2141                            esecuzione di \func{exec}.\\
2142     \hline    
2143   \end{tabular}
2144   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2145     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2146   \label{tab:signalfd_flags}
2147 \end{table}
2148
2149 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2150 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2151 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2152 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2153 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2154 installato in precedenza). Il blocco non ha invece nessun effetto sul file
2155 descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile pertanto
2156 ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.
2157
2158 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2159 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2160 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2161 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2162 condizioni di gestione, né da un gestore, né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2163
2164 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2165 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2166 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2167 \func{poll} e \func{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2168 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2169
2170 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2171 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2172 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2173 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2174 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2175 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2176 soltanto una volta. Questo significa che tutti i file descriptor su cui è
2177 presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le funzioni di
2178 \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su uno di essi il
2179 segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non saranno più
2180 disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una ulteriore
2181 occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.
2182
2183 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2184 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2185 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2186 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2187 imposto con \func{sigprocmask}.
2188
2189 Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
2190 descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
2191 sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2192 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2193 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2194 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2195 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2196 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2197 pendenti attraverso una \func{exec}.
2198
2199 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2200 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2201 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2202 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2203 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2204 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2205 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2206 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2207
2208 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2209 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2210 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2211 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2212 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2213 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2214 successivo con \func{fcntl}.  
2215
2216 \begin{figure}[!htb]
2217   \footnotesize \centering
2218   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
2219     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2220   \end{minipage} 
2221   \normalsize 
2222   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2223     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2224   \label{fig:signalfd_siginfo}
2225 \end{figure}
2226
2227 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2228 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2229 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2230 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2231 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2232 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2233 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2234 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2235 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2236
2237 \begin{figure}[!htb]
2238   \footnotesize \centering
2239   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2240     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2241   \end{minipage} 
2242   \normalsize 
2243   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2244     \file{FifoReporter.c}.}
2245   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2246 \end{figure}
2247
2248 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
2249 analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2250 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2251 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2252 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2253 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2254   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2255   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2256
2257 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2258 della interfaccia di \textit{epoll}, si è scritto un programma elementare che
2259 stampi sullo \textit{standard output} sia quanto viene scritto da terzi su una
2260 \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il codice
2261 completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2262 \texttt{FifoReporter.c}).
2263
2264 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2265 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2266 l'uso di \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire (\texttt{\small 12-16})
2267 dalla definizione delle varie variabili e strutture necessarie. Al solito si è
2268 tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle opzioni che consentono ad
2269 esempio di cambiare il nome del file associato alla \textit{fifo}.
2270
2271 Il primo passo (\texttt{\small 19-20}) è la creazione di un file descriptor
2272 \texttt{epfd} di \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è quello che
2273 useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario disabilitare la
2274 ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT}, \signal{SIGQUIT} e
2275 \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite file
2276 descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22-25}) in una
2277 maschera di segnali \texttt{sigmask} che useremo con (\texttt{\small 26})
2278 \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la stessa maschera si potrà per
2279 passare all'uso (\texttt{\small 28-29}) di \func{signalfd} per abilitare la
2280 notifica sul file descriptor \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30-33})
2281 dovrà essere aggiunto con \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor
2282 controllati con \texttt{epfd}.
2283
2284 Occorrerà infine (\texttt{\small 35-38}) creare la \textit{named fifo} se
2285 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39-40}); una volta
2286 fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2287 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \textit{epoll} in maniera del tutto
2288 analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei segnali.
2289
2290 \begin{figure}[!htb]
2291   \footnotesize \centering
2292   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2293     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2294   \end{minipage} 
2295   \normalsize 
2296   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2297   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2298 \end{figure}
2299
2300 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2301 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2-45}) che si è riportato in
2302 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2303 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2304 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2-3}) la presenza di un file
2305 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait} (si ricordi che entrambi i
2306 file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in osservazioni
2307 per eventi di tipo \const{EPOLLIN}) che si bloccherà fintanto che non siano
2308 stati scritti dati sulla \textit{fifo} o che non sia arrivato un
2309 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2310   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2311   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2312   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2313   programma.}
2314
2315 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2316 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2317 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5-44}) sul numero
2318 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2319 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2320 del file descriptor riconosciuto come pronto, controllando cioè a quale dei
2321 due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2322 \var{events[i].data.fd}.
2323
2324 Il primo condizionale (\texttt{\small 6-24}) è relativo al caso che si sia
2325 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2326 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2327 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2328 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2329 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8-24}) che prosegue fintanto che vi
2330 siano dati da leggere.
2331
2332 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9-14}) se il valore di
2333 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2334 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2335 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2336 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati. Si ricordi infatti come
2337 sia la \textit{fifo} che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2338 modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2339 pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non vi
2340 saranno più dati da leggere.
2341
2342 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2343 (\texttt{\small 19-20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2344 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf} ed il \textit{pid}
2345 del processo da cui lo ha ricevuto;\footnote{per la stampa si è usato il
2346   vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale corrisponde il nome
2347   del segnale avente il numero corrispondente, la cui definizione si è omessa
2348   dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} per brevità.} inoltre
2349 (\texttt{\small 21-24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2350 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2351 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2352   fifo}.
2353  
2354 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26-39}) è invece relativo al caso in
2355 cui ci siano dati pronti in lettura sulla \textit{fifo} e che il file
2356 descriptor pronto corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si
2357 effettueranno le letture in un ciclo (\texttt{\small 28-39}) ripetendole fin
2358 tanto che la funzione \func{read} non restituisce un errore di
2359 \errcode{EAGAIN} (\texttt{\small 29-35}). Il procedimento è lo stesso adottato
2360 per il file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in
2361 caso di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire
2362 si stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.
2363
2364 Se invece vi sono dati validi letti dalla \textit{fifo} si inserirà
2365 (\texttt{\small 36}) una terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il
2366 tutto (\texttt{\small 37-38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo
2367 condizionale (\texttt{\small 40-44}) è semplicemente una condizione di cattura
2368 per una eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta
2369 alla uscita dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2370
2371 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2372 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2373 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2374 \begin{Console}
2375 piccardi@hain:~/gapil/sources$ \textbf{./a.out} 
2376 FifoReporter starting, pid 4568
2377 \end{Console}
2378 %$
2379 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2380 \begin{Console}
2381 root@hain:~# \textbf{echo prova > /tmp/reporter.fifo}  
2382 \end{Console}
2383 si otterrà:
2384 \begin{Console}
2385 Message from fifo:
2386 prova
2387 end message
2388 \end{Console}
2389 mentre inviando un segnale:
2390 \begin{Console}
2391 root@hain:~# \textbf{kill 4568}
2392 \end{Console}
2393 si avrà:
2394 \begin{Console}
2395 Signal received:
2396 Got SIGTERM       
2397 From pid 3361
2398 \end{Console}
2399 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2400 vedrà:
2401 \begin{Console}
2402 ^\\Signal received:
2403 Got SIGQUIT       
2404 From pid 0
2405 \end{Console}
2406 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2407 \begin{Console}
2408 ^CSignal received:
2409 Got SIGINT        
2410 From pid 0
2411 SIGINT means exit
2412 \end{Console}
2413
2414 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2415 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2416 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2417 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2418 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2419 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2420 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2421 timer. In realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd} per
2422 ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia semplifica
2423 notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola \textit{system
2424   call}.
2425
2426 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2427 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2428 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2429   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2430   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2431   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2432   supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2433   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2434   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione di sistema prevista,
2435 quella che consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui
2436 prototipo è:
2437
2438 \begin{funcproto}{
2439 \fhead{sys/timerfd.h}
2440 \fdecl{int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2441
2442 \fdesc{Crea un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2443 }
2444
2445 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2446   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2447   \begin{errlist}
2448   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2449     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2450     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2451     precedenti il 2.6.27.
2452   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2453     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode} associati al file
2454     descriptor.
2455   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2456     descriptor di \func{signalfd}.
2457   \end{errlist}
2458   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2459 }  
2460 \end{funcproto}
2461
2462 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2463 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2464 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2465 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2466 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2467 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2468 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2469 restituito,\footnote{il flag è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27,
2470   per le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve
2471 essere specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2472 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2473
2474 \begin{table}[htb]
2475   \centering
2476   \footnotesize
2477   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2478     \hline
2479     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2480     \hline
2481     \hline
2482     \constd{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2483                             \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2484     \constd{TFD\_CLOEXEC} & imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2485                             chiusura automatica del file descriptor nella
2486                             esecuzione di \func{exec}.\\
2487     \hline    
2488   \end{tabular}
2489   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2490     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2491     descriptor.}  
2492   \label{tab:timerfd_flags}
2493 \end{table}
2494
2495 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2496 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2497 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2498 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec} (a meno che
2499 non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2500 \const{TFD\_CLOEXEC}) e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2501 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2502 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2503 timer impostati con le funzioni ordinarie. Si ricordi infatti che, come
2504 illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali pendenti nel
2505 padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.
2506
2507 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2508 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2509 periodicità di ripetizione, per farlo si usa una funzione di sistema omologa
2510 di \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2511 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2512
2513 \begin{funcproto}{
2514 \fhead{sys/timerfd.h}
2515 \fdecl{int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2516                            const struct itimerspec *new\_value,\\
2517 \phantom{int timerfd\_settime(}struct itimerspec *old\_value)}
2518
2519 \fdesc{Arma un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2520 }
2521
2522 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2523   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2524   \begin{errlist}
2525   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2526     descriptor. 
2527   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2528     puntatori validi.
2529   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2530     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2531     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2532   \end{errlist}
2533 }  
2534 \end{funcproto}
2535
2536 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2537 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2538 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2539 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2540 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2541 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2542
2543 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2544 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2545 ripetere quanto detto in quell'occasione; per brevità si ricordi che
2546 con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2547 con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.  L'unica differenza
2548 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2549 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2550 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2551 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e \constd{TFD\_TIMER\_ABSTIME}
2552 (l'analogo di \const{TIMER\_ABSTIME}).
2553
2554 L'ultima funzione di sistema prevista dalla nuova interfaccia è
2555 \funcd{timerfd\_gettime}, che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo
2556 prototipo è:
2557
2558 \begin{funcproto}{
2559 \fhead{sys/timerfd.h}
2560 \fdecl{int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2561
2562 \fdesc{Legge l'impostazione di un timer associato ad un file descriptor di
2563   notifica.} 
2564 }
2565
2566 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2567   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2568   \begin{errlist}
2569   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2570     descriptor. 
2571   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2572     con \func{timerfd\_create}.
2573   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2574   \end{errlist}
2575 }  
2576 \end{funcproto}
2577
2578 La funzione consente di rileggere le impostazioni del timer associato al file
2579 descriptor \param{fd} nella struttura \struct{itimerspec} puntata
2580 da \param{curr\_value}. Il campo \var{it\_value} riporta il tempo rimanente
2581 alla prossima scadenza del timer, che viene sempre espresso in forma relativa,
2582 anche se lo si è armato specificando \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}. Un valore
2583 nullo (di entrambi i campi di \var{it\_value}) indica invece che il timer non
2584 è stato ancora armato. Il campo \var{it\_interval} riporta la durata
2585 dell'intervallo di ripetizione del timer, ed un valore nullo (di entrambi i
2586 campi) indica che il timer è stato impostato per scadere una sola volta.
2587
2588 Il timer creato con \func{timerfd\_create} notificherà la sua scadenza
2589 rendendo pronto per la lettura il file descriptor ad esso associato, che
2590 pertanto potrà essere messo sotto controllo con una qualunque delle varie
2591 funzioni dell'I/O multiplexing viste in precedenza. Una volta che il file
2592 descriptor risulta pronto sarà possibile leggere il numero di volte che il
2593 timer è scaduto con una ordinaria \func{read}. 
2594
2595 La funzione legge il valore in un dato di tipo \typed{uint64\_t}, e necessita
2596 pertanto che le si passi un buffer di almeno 8 byte, fallendo con
2597 \errval{EINVAL} in caso contrario, in sostanza la lettura deve essere
2598 effettuata con una istruzione del tipo:
2599 \includecodesnip{listati/readtimerfd.c} 
2600
2601 Il valore viene restituito da \func{read} seguendo l'ordinamento dei bit
2602 (\textit{big-endian} o \textit{little-endian}) nativo della macchina in uso,
2603 ed indica il numero di volte che il timer è scaduto dall'ultima lettura
2604 eseguita con successo, o, se lo si legge per la prima volta, da quando lo si è
2605 impostato con \func{timerfd\_settime}. Se il timer non è scaduto la funzione
2606 si blocca fino alla prima scadenza, a meno di non aver creato il file
2607 descriptor in modalità non bloccante con \const{TFD\_NONBLOCK} o aver
2608 impostato la stessa con \func{fcntl}, nel qual caso fallisce con l'errore di
2609 \errval{EAGAIN}.
2610
2611
2612 % TODO trattare qui eventfd introdotto con il 2.6.22 
2613
2614
2615 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2616 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2617
2618 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2619 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2620 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2621 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2622 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2623 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2624 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2625 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2626 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \textit{inotify}),
2627 per essere avvisato della possibilità di eseguire le operazioni di I/O volute.
2628
2629
2630 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2631 \label{sec:signal_driven_io}
2632
2633 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2634
2635 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2636 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2637 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2638 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2639 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2640   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2641   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2642 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2643 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2644 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2645 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2646 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2647 questo modo.
2648
2649 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità il sistema
2650 genera un apposito segnale, \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa
2651 possibile leggere o scrivere dal file descriptor; si tenga presente però che
2652 essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo con socket, file di
2653 terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal kernel 2.6, per
2654 \textit{fifo} e \textit{pipe}. Inoltre è possibile, come illustrato in
2655 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando \const{F\_SETOWN}
2656 di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi dovrà ricevere il
2657 segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le operazioni di I/O in
2658 risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la necessità di restare
2659 bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai file.
2660
2661 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2662
2663 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2664 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2665 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di
2666 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2667   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2668   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2669   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2670   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2671 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2672 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2673 buone prestazioni.
2674
2675 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2676 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2677 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2678 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2679 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2680 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2681 verrebbero notificati una volta sola.
2682
2683 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali \textit{real-time}, che
2684 vengono accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha
2685 emessi.  In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni
2686 aggiuntive restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando
2687 la forma estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2688 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2689 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2690
2691 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali
2692 \textit{real-time} (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando
2693 esplicitamente con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale
2694 \textit{real-time} da inviare in caso di I/O asincrono (il segnale predefinito
2695 è \signal{SIGIO}). In questo caso il gestore, tutte le volte che riceverà
2696 \const{SI\_SIGIO} come valore del campo \var{si\_code} di \struct{siginfo\_t},
2697 troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato
2698 il segnale. Si noti che il valore di\var{si\_code} resta \const{SI\_SIGIO}
2699 qualunque sia il segnale che si è associato all'I/O, in quanto indica che il
2700 segnale è stato generato a causa di attività di I/O.
2701
2702 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali \textit{real-time} è che essendo
2703 questi ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad
2704 uno solo file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità
2705 nella risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali
2706 \textit{real-time} supportano anche questa funzionalità. In questo modo si può
2707 identificare immediatamente un file su cui l'accesso è diventato possibile
2708 evitando completamente l'uso di funzioni come \func{poll} e \func{select},
2709 almeno fintanto che non si satura la coda.
2710
2711 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2712 più assicurare il comportamento corretto per un segnale \textit{real-time},
2713 invierà al suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati
2714 tutti i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali
2715 sono i file diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non
2716 avvenga è di impostare la lunghezza della coda dei segnali \textit{real-time}
2717 ad una dimensione identica al valore massimo del numero di file descriptor
2718 utilizzabili, vale a dire impostare il contenuto di
2719 \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2720 \sysctlfile{fs/file-max}.
2721
2722 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2723
2724 \itindend{signal~driven~I/O}
2725
2726
2727
2728 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2729 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2730
2731 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2732 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La risposta, o
2733 meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ \cite{UnixFAQ} viene
2734 anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered Question}, è che
2735 nell'architettura classica di Unix questo non è possibile. Al contrario di
2736 altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like classico non prevedeva
2737 alcun meccanismo per cui un processo possa essere \textsl{notificato} di
2738 eventuali modifiche avvenute su un file. 
2739
2740 Questo è il motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2741 modo se il loro file di configurazione è stato modificato, perché possano
2742 rileggerlo e riconoscere le modifiche; in genere questo vien fatto inviandogli
2743 un segnale di \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran
2744 parte di detti programmi, causa la rilettura della configurazione.
2745
2746 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2747 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2748 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2749 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2750 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2751 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2752 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2753 lasciare tutto il resto a processi in \textit{user space}, non era stata
2754 prevista nessuna funzionalità di notifica.
2755
2756 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2757 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2758 interfaccia grafica quando si deve presentare all'utente lo stato del
2759 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2760 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2761 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2762 \textit{polling}.
2763
2764 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2765 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2766 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2767 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2768 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2769 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2770 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2771
2772 \itindbeg{file~lease} 
2773
2774 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2775 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2776   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2777 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2778 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2779 \textit{lease}.  La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in
2780 precedenza per l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al
2781 \textit{lease holder} il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere
2782 modificato usando il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} (anche in
2783 questo caso si può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}).
2784
2785 Se si è fatto questo (ed in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per
2786 utilizzare segnali \textit{real-time}) e se inoltre si è installato il gestore
2787 del segnale con \const{SA\_SIGINFO} si riceverà nel campo \var{si\_fd} della
2788 struttura \struct{siginfo\_t} il valore del file descriptor del file sul quale
2789 è stato compiuto l'accesso; in questo modo un processo può mantenere anche più
2790 di un \textit{file lease}.
2791
2792 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2793 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2794 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2795 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2796 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2797 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2798
2799 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2800 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2801 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2802 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2803 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2804 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2805 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2806 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2807
2808 \begin{table}[htb]
2809   \centering
2810   \footnotesize
2811   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2812     \hline
2813     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2814     \hline
2815     \hline
2816     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2817     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2818     \constd{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2819     \hline    
2820   \end{tabular}
2821   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2822     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2823     \const{F\_GETLEASE}.} 
2824   \label{tab:file_lease_fctnl}
2825 \end{table}
2826
2827 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2828 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2829 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2830 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2831 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2832 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2833
2834 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2835 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2836 (\textit{pipe} e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non
2837 privilegiato può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente
2838 ad un \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2839 privilegi di amministratore (cioè con la capacità \const{CAP\_LEASE}, vedi
2840 sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire \textit{lease} su qualunque
2841 file.
2842
2843 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2844 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2845 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2846   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2847     lease}.} la funzione si blocca (a meno di non avere aperto il file con
2848 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore di
2849 \errcode{EWOULDBLOCK}) e viene eseguita la notifica al \textit{lease holder},
2850 così che questo possa completare le sue operazioni sul file e rilasciare il
2851 \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si rilevano i
2852 tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un altro
2853 processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i tentativi di
2854 accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di notifica avvengono
2855 solo in fase di apertura del file e non sulle singole operazioni di lettura e
2856 scrittura.
2857
2858 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2859 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2860 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2861 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2862 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2863 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2864 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2865 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2866 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2867 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2868 \const{F\_RDLCK}.
2869
2870 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2871 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2872 \sysctlfiled{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo o
2873 declassarlo automaticamente (questa è una misura di sicurezza per evitare che
2874 un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file acquisendo un
2875 \textit{lease}). Una volta che un \textit{lease} è stato rilasciato o
2876 declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal kernel è lo
2877 stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal \textit{lease
2878   breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2879
2880 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2881 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2882 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2883 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2884   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2885   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2886   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2887   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2888 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2889
2890 \itindbeg{dnotify}
2891
2892 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2893 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2894   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2895   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2896   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2897 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2898 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2899 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2900 può utilizzare un altro, e di nuovo, per le ragioni già esposte in precedenza,
2901 è opportuno che si utilizzino dei segnali \textit{real-time}.  Inoltre, come
2902 in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file descriptor
2903 che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2904 \struct{siginfo\_t}.
2905
2906 \itindend{file~lease}
2907
2908 \begin{table}[htb]
2909   \centering
2910   \footnotesize
2911   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2912     \hline
2913     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2914     \hline
2915     \hline
2916     \constd{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2917                           \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2918     \constd{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2919                           fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2920                           \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2921     \constd{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2922                           l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2923                           \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2924                           \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2925                           directory).\\
2926     \constd{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2927                           l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2928                           (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2929     \constd{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2930                           directory (con \func{rename}).\\
2931     \constd{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2932                           l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2933                           \func{utime}.\\ 
2934     \constd{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2935                             eventi.\\ 
2936     \hline    
2937   \end{tabular}
2938   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2939     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2940   \label{tab:file_notify}
2941 \end{table}
2942
2943 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2944 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2945 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2946 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2947 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2948 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2949 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2950
2951 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2952 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2953 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2954 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2955 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2956 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2957 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2958 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2959 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2960 specificare un valore nullo.
2961
2962 \itindbeg{inotify}
2963
2964 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2965 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2966 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2967 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2968 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2969 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2970 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2971
2972 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2973 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2974 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2975 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2976 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2977 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2978 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2979 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2980 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2981
2982 \itindend{dnotify}
2983
2984 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2985 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2986 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2987   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
2988 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2989 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2990 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2991 di risolvere il principale problema di \textit{dnotify}.  La coda viene creata
2992 attraverso la funzione di sistema \funcd{inotify\_init}, il cui prototipo è:
2993
2994 \begin{funcproto}{
2995 \fhead{sys/inotify.h}
2996 \fdecl{int inotify\_init(void)}
2997 \fdesc{Inizializza una istanza di \textit{inotify}.}
2998 }
2999
3000 {La funzione ritornaun file descriptor in caso di successo, o $-1$ in caso di
3001   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3002   \begin{errlist}
3003   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
3004     \textit{inotify} consentite all'utente.
3005   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
3006     nel sistema.
3007   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
3008     l'istanza.
3009   \end{errlist}
3010 }
3011 \end{funcproto}
3012
3013 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
3014 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
3015 effettuate le operazioni di notifica; si tratta di un file descriptor speciale
3016 che non è associato a nessun file su disco, e che viene utilizzato solo per
3017 notificare gli eventi che sono stati posti in osservazione. Per evitare abusi
3018 delle risorse di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero
3019 limitato di istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di
3020 128, ma questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3021 \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_instances}.
3022
3023 Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o directory
3024 reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui file sono
3025 tenuti sotto osservazione viene completamente eliminato; anzi, una delle
3026 capacità dell'interfaccia di \textit{inotify} è proprio quella di notificare
3027 il fatto che il filesystem su cui si trova il file o la directory osservata è
3028 stato smontato.
3029
3030 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
3031 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
3032 con l'interfaccia di \textit{epoll}, ed a partire dal kernel 2.6.25 è stato
3033 introdotto anche il supporto per il \texttt{signal-driven I/O}.  Siccome gli
3034 eventi vengono notificati come dati disponibili in lettura, dette funzioni
3035 ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica.
3036
3037 Così, invece di dover utilizzare i segnali, considerati una pessima scelta dal
3038 punto di vista dell'interfaccia utente, si potrà gestire l'osservazione degli
3039 eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
3040 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
3041 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
3042 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate. Infine l'interfaccia di
3043 \textit{inotify} consente di mettere sotto osservazione, oltre che una
3044 directory, anche singoli file.
3045
3046 Una volta creata la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere
3047 sotto osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di
3048   osservazione} (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire
3049 la lista di osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni di sistema, la
3050 prima di queste è \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
3051
3052 \begin{funcproto}{
3053 \fhead{sys/inotify.h}
3054 \fdecl{int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
3055 \fdesc{Aggiunge un evento di osservazione a una lista di osservazione.} 
3056 }
3057
3058 {La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo, o $-1$ per un
3059   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3060   \begin{errlist}
3061   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
3062   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
3063     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
3064   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
3065     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
3066   \end{errlist}
3067   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF} nel loro
3068   significato generico.}
3069 \end{funcproto}
3070
3071 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
3072 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
3073 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
3074 nell'argomento \param{fd}, che ovviamente dovrà essere un file descriptor
3075 creato con \func{inotify\_init}.  Il file o la directory da porre sotto
3076 osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
3077 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
3078 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
3079 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
3080 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
3081   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
3082   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3083   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre un solo
3084 file descriptor.
3085
3086 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
3087 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
3088 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
3089 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
3090 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
3091 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
3092 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
3093 flag della prima parte.
3094
3095 \begin{table}[htb]
3096   \centering
3097   \footnotesize
3098   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{8cm}|}
3099     \hline
3100     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
3101     \hline
3102     \hline
3103     \constd{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
3104                                            lettura.\\  
3105     \constd{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
3106                                            dell'\textit{inode}
3107                                            (o sugli attributi estesi, vedi
3108                                            sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
3109     \constd{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3110                                            scrittura.\\  
3111     \constd{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3112                                            sola lettura.\\
3113     \constd{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
3114                                            directory in una directory sotto
3115                                            osservazione.\\  
3116     \constd{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
3117                                            directory in una directory sotto
3118                                            osservazione.\\ 
3119     \constd{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
3120                                           directory) sotto osservazione.\\ 
3121     \constd{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
3122     \constd{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
3123                                            directory) sotto osservazione.\\ 
3124     \constd{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
3125                                            directory sotto osservazione.\\ 
3126     \constd{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
3127                                            directory sotto osservazione.\\ 
3128     \constd{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
3129     \hline    
3130     \constd{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
3131                                            \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
3132                                            \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
3133     \constd{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
3134                                            \const{IN\_MOVED\_FROM} e
3135                                            \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
3136     \constd{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
3137                                            possibili.\\
3138     \hline    
3139   \end{tabular}
3140   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3141     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
3142     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
3143   \label{tab:inotify_event_watch}
3144 \end{table}
3145
3146 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
3147 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
3148 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
3149 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
3150   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
3151   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3152 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3153 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3154 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3155
3156 \begin{table}[htb]
3157   \centering
3158   \footnotesize
3159   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3160     \hline
3161     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3162     \hline
3163     \hline
3164     \constd{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3165                                link simbolico.\\
3166     \constd{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3167                                nell'argomento \param{mask}, invece di
3168                                sovrascriverli.\\
3169     \constd{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per
3170                                una sola volta, rimuovendolo poi dalla
3171                                \textit{watch list}.\\ 
3172     \constd{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3173                                soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3174                                quelli per i file che contiene.\\ 
3175     \hline    
3176   \end{tabular}
3177   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3178     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3179     modalità di osservazione.} 
3180   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3181 \end{table}
3182
3183 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3184 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3185 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3186 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3187 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3188
3189 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3190 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3191 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3192 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3193 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3194 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3195 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3196 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3197 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3198
3199 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3200 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3201   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3202 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3203 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3204 sarà più notificato.
3205
3206 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3207 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3208 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3209 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3210 la eventuale rimozione dello stesso. 
3211
3212 La seconda funzione di sistema per la gestione delle code di notifica, che
3213 permette di rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch},
3214 ed il suo prototipo è:
3215
3216 \begin{funcproto}{
3217 \fhead{sys/inotify.h}
3218 \fdecl{int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3219 \fdesc{Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.} 
3220 }
3221
3222 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3223   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
3224   \begin{errlist}
3225   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3226     valido.
3227   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3228     non è associato ad una coda di notifica.
3229   \end{errlist}
3230 }
3231 \end{funcproto}
3232
3233 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3234 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3235 \param{wd}; ovviamente deve essere usato per questo argomento un valore
3236 ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore di
3237 \errval{EINVAL}. In caso di successo della rimozione, contemporaneamente alla
3238 cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3239 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3240 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3241 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3242 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3243 \func{inotify\_rm\_watch}.
3244
3245 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3246 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3247 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3248 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3249 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3250 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3251 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3252 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3253
3254 \begin{figure}[!htb]
3255   \footnotesize \centering
3256   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3257     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3258   \end{minipage} 
3259   \normalsize 
3260   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3261     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3262   \label{fig:inotify_event}
3263 \end{figure}
3264
3265 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3266 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3267 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}), il numero di byte disponibili
3268 in lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3269 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3270   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3271   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3272 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3273 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3274 il numero di file che sono cambiati.
3275
3276 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3277 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3278 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3279 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3280 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3281 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3282 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3283 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori aggiuntivi di
3284 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag} (questi compaiono solo nel campo
3285 \var{mask} di \struct{inotify\_event}, e non sono utilizzabili in fase di
3286 registrazione dell'osservatore).
3287
3288 \begin{table}[htb]
3289   \centering
3290   \footnotesize
3291   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3292     \hline
3293     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3294     \hline
3295     \hline
3296     \constd{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3297                               esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3298                               che in maniera implicita per la rimozione 
3299                               dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3300                               filesystem su cui questo si trova.\\
3301     \constd{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3302                               (consente così di distinguere, quando si pone
3303                               sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3304                               relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3305                               essa contiene).\\
3306     \constd{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3307                               eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3308                               caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3309     \constd{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3310                               osservazione è stato smontato.\\
3311     \hline    
3312   \end{tabular}
3313   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3314     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3315   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3316 \end{table}
3317
3318 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima che viene
3319   controllata dal parametro di sistema
3320   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_queued\_events}, che indica il numero massimo di
3321   eventi che possono essere mantenuti sulla stessa; quando detto valore viene
3322   ecceduto gli ulteriori eventi vengono scartati, ma viene comunque generato
3323   un evento di tipo \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3324
3325 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3326 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3327 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3328 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3329 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3330
3331 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3332 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3333 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3334 (come \textit{pathname} relativo alla directory osservata) e la relativa
3335 dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa
3336 terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali
3337 necessità di allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde
3338 al totale della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa
3339 con il nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
3340 \struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
3341 di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
3342   len}.
3343
3344 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3345 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3346 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3347 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3348 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3349 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3350
3351 \begin{figure}[!htbp]
3352   \footnotesize \centering
3353   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3354     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3355   \end{minipage}
3356   \normalsize
3357   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3358   \label{fig:inotify_monitor_example}
3359 \end{figure}
3360
3361 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo del programma inizia
3362 controllando (\texttt{\small 11-15}) che sia rimasto almeno un argomento che
3363 indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e qualora questo
3364 non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che passa
3365 (\texttt{\small 16-20}) all'inizializzazione di \textit{inotify} ottenendo con
3366 \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (o si esce in caso di
3367 errore).
3368
3369 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21-30}) alla coda di
3370 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3371 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3372 (\texttt{\small 22-29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3373 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3374 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3375 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3376 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3377 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3378 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3379
3380 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3381 (\texttt{\small 32-56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3382 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3383 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3384 si saranno verificati eventi.
3385
3386 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3387 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3388 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3389 approssimativamente 512 eventi (si ricordi che la quantità di dati restituita
3390 da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza del nome del
3391 file restituito insieme a \struct{inotify\_event}). In caso di errore di
3392 lettura (\texttt{\small 35-40}) il programma esce con un messaggio di errore
3393 (\texttt{\small 37-39}), a meno che non si tratti di una interruzione della
3394 \textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la lettura.
3395
3396 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3397   43-52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3398 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3399 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3400 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna alla variabile
3401 \var{event} (si noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del
3402 puntatore) l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3403 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3404 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3405 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3406 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3407 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3408
3409 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3410 si stampa (\texttt{\small 47-49}); si noti come in questo caso si sia
3411 controllato il valore del campo \var{event->len} e non il fatto che
3412 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo. L'interfaccia infatti,
3413 qualora il nome non sia presente, non tocca il campo \var{event->name}, che
3414 si troverà pertanto a contenere quello che era precedentemente presente nella
3415 rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il puntatore al nome di
3416 un file osservato in precedenza.
3417
3418 Si utilizza poi (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che
3419 interpreta il valore del campo \var{event->mask}, per stampare il tipo di
3420 eventi accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto
3421   non essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare
3422   direttamente i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si
3423 provvede ad aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento
3424 successivo.
3425
3426 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3427 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3428 tipo di:
3429 \begin{Console}
3430 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ \textbf{./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/}
3431 Watch descriptor 1
3432 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3433 IN_OPEN, 
3434 Watch descriptor 1
3435 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3436 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3437 \end{Console}
3438 %$
3439
3440 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3441 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3442 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3443 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3444 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3445 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3446 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3447 tale evenienza non si verificherà mai.
3448
3449 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3450 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3451 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3452 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3453 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3454 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3455 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3456 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3457   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3458   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3459   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3460   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3461 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3462 chiamata di \func{read}.
3463
3464 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3465 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3466 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3467 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3468 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3469 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3470 raggruppati in un solo evento.
3471
3472 \itindend{inotify}
3473
3474 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3475 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3476
3477
3478 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3479 \label{sec:file_asyncronous_io}
3480
3481 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3482 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3483   asincrono} o ``AIO''. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le
3484 funzioni di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di
3485 ritornare, così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad
3486 esempio possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da
3487 poter effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3488
3489 Benché la modalità di apertura asincrona di un file vista in
3490 sez.~\ref{sec:signal_driven_io} possa risultare utile in varie occasioni (in
3491 particolar modo con i socket e gli altri file per i quali le funzioni di I/O
3492 sono \textit{system call} lente), essa è comunque limitata alla notifica della
3493 disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e non ad uno
3494 svolgimento asincrono delle medesime.  Lo standard POSIX.1b definisce una
3495 interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero e proprio,\footnote{questa è
3496   stata ulteriormente perfezionata nelle successive versioni POSIX.1-2001 e
3497   POSIX.1-2008.} che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e
3498 la scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3499 normalmente.
3500
3501 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3502 implementata sia direttamente nel kernel che in \textit{user space} attraverso
3503 l'uso di \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti esiste una
3504 implementazione di questa interfaccia fornita completamente delle \acr{glibc}
3505 a partire dalla versione 2.1, che è realizzata completamente in \textit{user
3506   space}, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
3507 \file{librt}. A partire dalla versione 2.5.32 è stato introdotto nel kernel
3508 una nuova infrastruttura per l'I/O asincrono, ma ancora il supporto è parziale
3509 ed insufficiente ad implementare tutto l'AIO POSIX.
3510
3511 Lo standard POSIX prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano
3512 controllate attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui
3513 nome sta per \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come
3514 argomento a tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come
3515 effettuata in \headfiled{aio.h}, è riportata in
3516 fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è definita la macro
3517 \macrod{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la disponibilità
3518 dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
3519
3520 \begin{figure}[!htb]
3521   \footnotesize \centering
3522   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3523     \includestruct{listati/aiocb.h}
3524   \end{minipage}
3525   \normalsize 
3526   \caption{La struttura \structd{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
3527     asincrono.}
3528   \label{fig:file_aiocb}
3529 \end{figure}