Materuale vario, correzioni e aggiornamenti sulla code di messaggi
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2014 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11
12 \chapter{La gestione avanzata dei file}
13 \label{cha:file_advanced}
14 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
15 dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
16   locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
17 permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
18 che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
19 varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
20 file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
21 controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
22
23
24 \section{Il \textit{file locking}}
25 \label{sec:file_locking}
26
27 \itindbeg{file~locking}
28
29 In sez.~\ref{sec:file_shared_access} abbiamo preso in esame le modalità in cui
30 un sistema unix-like gestisce l'accesso concorrente ai file da parte di
31 processi diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file
32 aperti in \itindex{append~mode} \textit{append mode}, quando più processi
33 scrivono contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la
34 sequenza in cui essi opereranno.
35
36 Questo causa la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
37   condition}; in generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra
38 un processo che scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono
39 leggere informazioni scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella
40 in cui diversi processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro
41 output sul file.
42
43 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
44 evitare le \itindex{race~condition} \textit{race condition}, attraverso una
45 serie di funzioni che permettono di bloccare l'accesso al file da parte di
46 altri processi, così da evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità
47 delle operazioni di lettura o scrittura.
48
49
50 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
51 \label{sec:file_record_locking}
52
53 La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
54 sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
55   locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
56   come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
57   \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary file
58     lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
59   mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
60     locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
61   ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
62   riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
63   mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
64 processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
65 esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. 
66
67 Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite
68 comunque e non risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock};
69 pertanto è sempre compito dei vari processi che intendono usare il
70 \textit{file locking}, controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi
71 prima di accedervi, utilizzando le relative funzioni.
72
73 In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock};\footnote{di
74   seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
75   nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
76   \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
77   processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
78   \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
79 \textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
80 file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
81 parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
82 richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
83 proteggere il loro accesso in lettura.
84
85 La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
86 \textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
87 lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
88 scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
89 processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
90 proteggere il suo accesso in scrittura.
91
92 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
93   locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
94 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
95 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
96 \func{fcntl}.  I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
97 indipendente nelle due interfacce,\footnote{in realtà con Linux questo avviene
98   solo dalla serie 2.0 dei kernel.}  che pertanto possono coesistere senza
99 interferenze.
100
101 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
102 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
103 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
104 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file.  Se il blocco viene acquisito
105 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
106 comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
107 le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco. 
108
109 La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
110 tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
111 tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
112 corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
113 nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
114 della richiesta.
115
116 \begin{table}[htb]
117   \centering
118   \footnotesize
119    \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
120     \hline
121     \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
122     \cline{2-4}
123                 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
124     \hline
125     \hline
126     \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
127     \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
128     \hline    
129   \end{tabular}
130   \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
131   \label{tab:file_file_lock}
132 \end{table}
133
134 Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
135 permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
136 che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di blocco che
137 si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
138 apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
139 un \textit{write lock}).
140
141 %%  Si ricordi che
142 %% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
143 %% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
144 %% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
145
146
147 \subsection{La funzione \func{flock}} 
148 \label{sec:file_flock}
149
150 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
151 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per
152 richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo
153 prototipo è:
154 \begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
155   
156   Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
157   
158   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
159     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
160     \begin{errlist}
161     \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
162       specificato \const{LOCK\_NB}.
163     \end{errlist}
164   }
165 \end{prototype}
166
167 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
168 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
169 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
170 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
171 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
172
173 \begin{table}[htb]
174   \centering
175   \footnotesize
176   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
177     \hline
178     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
179     \hline
180     \hline
181     \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
182     \const{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
183     \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
184     \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
185                        richiesta di un \textit{file lock}.\\
186     \hline    
187   \end{tabular}
188   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
189   \label{tab:file_flock_operation}
190 \end{table}
191
192 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
193 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
194 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
195 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
196 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
197 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
198 usare direttamente const{LOCK\_UN}.
199
200 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
201 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
202   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
203 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
204 facendo fallire la riacquisizione.
205
206 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
207 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
208 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
209 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
210 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
211 funzionalità.
212
213 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
214 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
215 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
216 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
217 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
218 per entrambe le interfacce.
219
220 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
221 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
222 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
223 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
224 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
225 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di
226 inode\itindex{inode},\footnote{in particolare, come accennato in
227   fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono mantenuti in una
228   \itindex{linked~list} \textit{linked list} di strutture
229   \kstruct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
230   mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \kstruct{inode} (per le
231   definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{include/linux/fs.h}
232   nei sorgenti del kernel).  Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se
233   si tratta di un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX
234   (\const{FL\_POSIX}).}  dato che questo è l'unico riferimento in comune che
235 possono avere due processi diversi che aprono lo stesso file.
236
237 \begin{figure}[!htb]
238   \centering
239   \includegraphics[width=15.5cm]{img/file_flock}
240   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
241     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
242   \label{fig:file_flock_struct}
243 \end{figure}
244
245 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
246 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
247 un nuovo elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \kstruct{file\_lock}.}
248 Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la semantica della funzione
249 prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un
250 \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori riferimenti allo
251 stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema di
252 fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file lock}
253 un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto nel campo \var{fl\_file} di
254   \kstruct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i \textit{file lock} creati
255   con la semantica BSD.} alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file
256   table} da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare.
257
258 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
259 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
260 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
261 \textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se
262 ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
263 sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè che i file descriptor duplicati e
264 quelli ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella
265 \itindex{file~table} \textit{file table}, si può capire immediatamente quali
266 sono le conseguenze nei confronti delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
267
268 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
269 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella
270 \itindex{file~table} \textit{file table}, anche se questo è diverso da quello
271 con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file
272   descriptor fa riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa
273   della \itindex{file~table} \textit{file table}, come accade tutte le volte
274   che si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
275 processo figlio. Inoltre una volta tolto un \textit{file lock} su un file, la
276 rimozione avrà effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa
277 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, e quindi, nel caso di
278 file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche per processi
279 diversi.
280
281 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
282 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
283 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
284 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
285 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
286 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
287 \textit{file table}; e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che
288 fanno riferimento alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci
289 siano duplicati o processi figli che mantengono ancora aperto un file
290 descriptor, il \textit{file lock} non viene rilasciato.
291  
292
293 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
294 \label{sec:file_posix_lock}
295
296 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
297 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
298 già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
299 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si impiega per il \textit{file
300   locking} essa viene usata solo secondo il seguente prototipo:
301 \begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
302   
303   Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
304   
305   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
306     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
307     \begin{errlist}
308     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
309       \textit{file lock} da parte di altri processi.
310     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
311       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
312       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
313     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
314       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
315       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
316       un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema
317       riconosca sempre questa situazione.
318     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
319       di poter acquisire un \textit{file lock}.
320     \end{errlist}
321     ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
322   }
323 \end{prototype}
324
325 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
326 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
327 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
328 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
329 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
330 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
331 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
332 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
333 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
334 con un'altra regione bloccata.
335
336 \begin{figure}[!htb]
337   \footnotesize \centering
338   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
339     \includestruct{listati/flock.h}
340   \end{minipage} 
341   \normalsize 
342   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
343     \textit{file locking}.}
344   \label{fig:struct_flock}
345 \end{figure}
346
347
348 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
349 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
350 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
351 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
352 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
353 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
354 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
355 relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
356
357 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
358 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
359 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
360 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
361 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
362 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
363 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
364
365 \begin{table}[htb]
366   \centering
367   \footnotesize
368   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
369     \hline
370     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
371     \hline
372     \hline
373     \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
374     \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
375     \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
376     \hline    
377   \end{tabular}
378   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
379   \label{tab:file_flock_type}
380 \end{table}
381
382 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
383 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
384 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
385 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
386 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
387 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
388 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
389 \textit{file lock}.
390
391 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
392 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
393 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl},
394 specifica l'azione da compiere; i valori relativi al \textit{file locking}
395 sono tre:
396 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
397 \item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
398   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
399   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
400   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
401   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
402 \item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
403   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
404   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel
405   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
406   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
407   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
408 \item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
409   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
410   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
411   rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
412   con un errore di \errcode{EINTR}.
413 \end{basedescript}
414
415 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
416 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
417 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
418 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
419 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
420 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
421 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
422 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
423 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
424 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
425 per indicare quale è la regione bloccata.
426
427 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
428 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
429 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
430 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
431 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
432   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
433   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
434 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
435 stato effettivamente acquisito.
436
437 \begin{figure}[!htb]
438   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
439   \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
440   \label{fig:file_flock_dead}
441 \end{figure}
442
443 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
444 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
445 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
446 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
447 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
448 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
449 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
450 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
451 porta ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche
452 il processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.
453 Per questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo,
454 ed impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che
455 cerca di acquisire un blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
456 \textit{deadlock}.
457
458 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
459 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
460 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
461 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
462 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
463 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in questo caso nella figura si
464   sono evidenziati solo i campi di \kstruct{file\_lock} significativi per la
465   semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
466   \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene
467   bloccata grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è
468   comunque la stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è
469   impostato il bit \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene
470   usato.} il blocco è sempre associato \itindex{inode} all'inode, solo che in
471 questo caso la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una
472 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del
473 \ids{PID} del processo.
474
475 \begin{figure}[!htb]
476   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
477   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
478     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
479   \label{fig:file_posix_lock}
480 \end{figure}
481
482 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
483 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la
484   \itindex{linked~list} \textit{linked list} delle strutture
485   \kstruct{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui
486   \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano
487   ben separate.}  per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad
488 una già bloccata, in caso affermativo decide in base al tipo di blocco, in
489 caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
490
491 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
492 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
493 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
494 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
495 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
496 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
497 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
498 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
499 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
500
501 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
502 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
503 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
504 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
505 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
506 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
507 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
508 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
509 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
510
511 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
512 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
513 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
514 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
515 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
516 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
517 avranno sempre successo.
518
519 Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
520 accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
521   cioè si richiede più volte lo stesso \textit{file lock}, o più blocchi sulla
522   stessa sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola
523   richiesta di rilascio per cancellare il blocco.}  la cosa non ha alcun
524 effetto; la funzione ritorna con successo, senza che il kernel debba
525 modificare la lista dei \textit{file lock}.  In questo caso invece si possono
526 avere una serie di situazioni diverse: ad esempio è possibile rimuovere con
527 una sola chiamata più \textit{file lock} distinti (indicando in una regione
528 che si sovrapponga completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo
529 una parte di un blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella
530 di un altro blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri
531 \textit{file lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si
532 sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.  Il
533 comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
534 l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
535 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
536   lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
537 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
538
539 \begin{figure}[!htbp]
540   \footnotesize \centering
541   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
542     \includecodesample{listati/Flock.c}
543   \end{minipage} 
544   \normalsize 
545   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
546   \label{fig:file_flock_code}
547 \end{figure}
548
549 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
550 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
551 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
552 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
553 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
554
555 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
556 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
557 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
558 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
559 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
560 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
561   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
562 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
563 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
564 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
565 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
566 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
567 \cmd{-b}.
568
569 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
570 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
571   15--18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
572 uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
573 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
574 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
575 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
576 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
577 modalità bloccante.
578
579 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
580 controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
581 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
582 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
583 aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
584 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
585 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
586 immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
587 esegue (\texttt{\small 41}).
588
589 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
590 risultato uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un
591 messaggio (\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si
592 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
593 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
594 tutti i blocchi vengono rilasciati.
595
596 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
597 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
598 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
599
600 \vspace{1mm}
601 \begin{minipage}[c]{12cm}
602 \begin{verbatim}
603 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
604 Lock acquired
605 \end{verbatim}%$
606 \end{minipage}\vspace{1mm}
607 \par\noindent
608 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
609 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
610 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
611 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
612 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
613 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
614
615 \vspace{1mm}
616 \begin{minipage}[c]{12cm}
617 \begin{verbatim}
618 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
619 Failed lock: Resource temporarily unavailable
620 \end{verbatim}%$
621 \end{minipage}\vspace{1mm}
622 \par\noindent
623 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
624 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
625 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
626 del file con il comando:
627
628 \vspace{1mm}
629 \begin{minipage}[c]{12cm}
630 \begin{verbatim}
631 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
632 Failed lock: Resource temporarily unavailable
633 \end{verbatim}%$
634 \end{minipage}\vspace{1mm}
635 \par\noindent
636 se invece blocchiamo una regione con: 
637
638 \vspace{1mm}
639 \begin{minipage}[c]{12cm}
640 \begin{verbatim}
641 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
642 Lock acquired
643 \end{verbatim}%$
644 \end{minipage}\vspace{1mm}
645 \par\noindent
646 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
647 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
648 regioni si sovrappongono avremo che:
649
650 \vspace{1mm}
651 \begin{minipage}[c]{12cm}
652 \begin{verbatim}
653 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15  Flock.c
654 Failed lock: Resource temporarily unavailable
655 \end{verbatim}%$
656 \end{minipage}\vspace{1mm}
657 \par\noindent
658 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
659 avremo che:
660
661 \vspace{1mm}
662 \begin{minipage}[c]{12cm}
663 \begin{verbatim}
664 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15  Flock.c
665 Lock acquired
666 \end{verbatim}%$
667 \end{minipage}\vspace{1mm}
668 \par\noindent
669 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
670 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
671
672 \vspace{1mm}
673 \begin{minipage}[c]{12cm}
674 \begin{verbatim}
675 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
676 Failed lock: Resource temporarily unavailable
677 \end{verbatim}%$
678 \end{minipage}\vspace{1mm}
679 \par\noindent
680 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
681
682 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
683 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
684 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
685 opzione:
686
687 \vspace{1mm}
688 \begin{minipage}[c]{12cm}
689 \begin{verbatim}
690 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
691 \end{verbatim}%$
692 \end{minipage}\vspace{1mm}
693 \par\noindent
694 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
695 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
696 essere acquisito otterremo:
697
698 \vspace{1mm}
699 \begin{minipage}[c]{12cm}
700 \begin{verbatim}
701 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
702 \end{verbatim}%$
703 \end{minipage}\vspace{1mm}
704 \par\noindent
705 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
706 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
707 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
708 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
709
710 \vspace{1mm}
711 \begin{minipage}[c]{12cm}
712 \begin{verbatim}
713 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
714 Lock acquired
715 \end{verbatim}%$
716 \end{minipage}\vspace{3mm}
717 \par\noindent
718
719 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
720 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
721 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
722 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
723 BSD:
724
725 \vspace{1mm}
726 \begin{minipage}[c]{12cm}
727 \begin{verbatim}
728 [root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
729 Lock acquired
730 \end{verbatim}
731 \end{minipage}\vspace{1mm}
732 \par\noindent
733 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
734 questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
735 disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
736 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
737
738
739
740 \subsection{La funzione \func{lockf}}
741 \label{sec:file_lockf}
742
743 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
744 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
745 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
746 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
747 che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
748 \begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
749   
750   Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
751   
752   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
753     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
754     \begin{errlist}
755     \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] non è possibile acquisire il lock, e si è
756       selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
757       file è mappato in memoria.
758     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
759       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
760       dei \textit{file lock}.
761     \end{errlist}
762     ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
763   }
764 \end{prototype}
765
766 Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
767 che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
768 tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
769
770 \begin{table}[htb]
771   \centering
772   \footnotesize
773   \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
774     \hline
775     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
776     \hline
777     \hline
778     \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
779                       mantenere un blocco condiviso sullo stesso file.\\
780     \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
781                       alla volta può mantenere un blocco esclusivo su un file.\\
782     \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
783     \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il blocco non è disponibile,
784                       si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
785                       con un OR aritmetico dei valori.\\ 
786     \hline    
787   \end{tabular}
788   \caption{Valori possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
789   \label{tab:file_lockf_type}
790 \end{table}
791
792 Qualora il blocco non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
793 \const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
794 Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
795 delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
796 affatto equivalente a \func{flock}).
797
798
799
800 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
801 \label{sec:file_mand_locking}
802
803 \itindbeg{mandatory~locking}
804
805 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
806 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
807 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
808 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
809 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
810 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
811
812 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
813 utilizzo particolare del bit \itindex{sgid~bit} \acr{sgid}. Se si ricorda
814 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
815 utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene eseguito un
816 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
817 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
818 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
819 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
820 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
821 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
822   locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
823   sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
824   cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
825   non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
826     locking}.}
827
828 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
829 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
830 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
831 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
832   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \itindex{sgid~bit}
833   \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa operazione con un
834   sistema bloccato.}  inoltre con il \textit{mandatory locking} si può
835 bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura su un file su cui
836 è attivo un blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory
837   locking} è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem per
838 filesystem in fase di montaggio (specificando l'apposita opzione di
839 \func{mount} riportata in sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}), o con l'opzione
840 \code{-o mand} per il comando omonimo).
841
842 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
843 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
844 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
845 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
846 per \func{fcntl}.
847
848 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
849 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
850 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
851 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
852 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
853 direttamente il \textit{file locking}.
854
855 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
856 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
857 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
858 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
859 di \errcode{EAGAIN}.
860
861 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
862 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
863 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
864 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
865 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
866
867 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
868 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
869 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
870 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
871 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
872 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
873 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
874 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
875 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
876
877 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
878 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
879 abbiamo trattato in sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso
880 infatti, quando si esegue la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si
881 ha un accesso al contenuto del file. Lo standard SVID prevede che sia
882 impossibile eseguire il memory mapping di un file su cui sono presenti dei
883 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
884   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
885   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
886   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
887 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
888   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
889   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
890 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
891 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
892 possibilità di modificare il file.
893
894 \itindend{file~locking}
895
896 \itindend{mandatory~locking}
897
898
899 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
900 \label{sec:file_multiplexing}
901
902
903 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
904 su molti file usando le funzioni illustrate in
905 sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec:files_std_interface} è che
906 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
907 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
908 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
909 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
910 I/O.
911
912
913 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
914 \label{sec:file_noblocking}
915
916 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
917 \textit{fast} e \textit{slow} \textit{system call},\index{system~call~lente}
918 che in certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi
919 indefinitamente.\footnote{si ricordi però che questo può accadere solo per le
920   pipe, i socket ed alcuni file di dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui
921   file normali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito.}
922 Ad esempio le operazioni di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati
923 disponibili sul descrittore su cui si sta operando.
924
925 Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
926 affrontare nelle operazioni di I/O, che si verifica quando si deve operare con
927 più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi senza che sia
928 possibile prevedere quando questo può avvenire (il caso più classico è quello
929 di un server in attesa di dati in ingresso da vari client). Quello che può
930 accadere è di restare bloccati nell'eseguire una operazione su un file
931 descriptor che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne potrebbe essere un
932 altro disponibile. Questo comporta nel migliore dei casi una operazione
933 ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di quella bloccata, mentre
934 nel peggiore dei casi (quando la conclusione della operazione bloccata dipende
935 da quanto si otterrebbe dal file descriptor ``\textsl{disponibile}'') si
936 potrebbe addirittura arrivare ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
937
938 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è possibile
939 prevenire questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file
940 in \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag
941 \const{O\_NONBLOCK} nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni
942 di input/output eseguite sul file che si sarebbero bloccate, ritornano
943 immediatamente, restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa
944 modalità di I/O permette di risolvere il problema controllando a turno i vari
945 file descriptor, in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non
946 viene garantito.  Ovviamente questa tecnica, detta \itindex{polling}
947 \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
948 impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle \textit{system call}
949 che nella gran parte dei casi falliranno.
950
951 Per superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
952   multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consente di tenere sotto
953 controllo più file descriptor in contemporanea, permettendo di bloccare un
954 processo quando le operazioni volute non sono possibili, e di riprenderne
955 l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia effettuabile, in
956 modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare bloccati.
957
958 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
959 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
960 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
961 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
962 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
963 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
964
965
966 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
967 \label{sec:file_select}
968
969 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
970   multiplexing} è stato BSD,\footnote{la funzione \func{select} è apparsa in
971   BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i sistemi che
972   supportano i socket, compreso le varianti di System V.}  con la funzione
973 \funcd{select}, il cui prototipo è:
974 \begin{functions}
975   \headdecl{sys/time.h}
976   \headdecl{sys/types.h}
977   \headdecl{unistd.h}
978   \funcdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
979     *exceptfds, struct timeval *timeout)}
980   
981   Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
982   attivo.
983   
984   \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
985     descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
986     caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
987   \begin{errlist}
988   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
989     degli insiemi.
990   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
991   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
992     o un valore non valido per \param{timeout}.
993   \end{errlist}
994   ed inoltre \errval{ENOMEM}.
995 }
996 \end{functions}
997
998 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
999 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
1000 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1001 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1002 \param{timeout}.
1003
1004 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1005
1006 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1007 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1008 \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1009 maniera analoga a come un \itindex{signal~set} \textit{signal set} (vedi
1010 sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di segnali. Per la
1011 manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
1012 opportune macro di preprocessore:
1013 \begin{functions}
1014   \headdecl{sys/time.h}
1015   \headdecl{sys/types.h}
1016   \headdecl{unistd.h}
1017   \funcdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1018   Inizializza l'insieme (vuoto).
1019
1020   \funcdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1021   Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
1022
1023   \funcdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1024   Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.
1025   
1026   \funcdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1027   Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
1028 \end{functions}
1029
1030 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1031 \const{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1032 al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
1033   fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma da
1034 quando, come nelle versioni più recenti del kernel, questo limite è stato
1035 rimosso, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
1036   descriptor set}.\footnote{il suo valore, secondo lo standard POSIX
1037   1003.1-2001, è definito in \headfile{sys/select.h}, ed è pari a 1024.}
1038
1039 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1040 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1041 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili; allo stesso modo
1042 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1043 eccede \const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1044
1045 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1046 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1047 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1048   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1049   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}; inoltre con Linux
1050   possono verificarsi casi particolari, ad esempio quando arrivano dati su un
1051   socket dalla rete che poi risultano corrotti e vengono scartati, può
1052   accadere che \func{select} riporti il relativo file descriptor come
1053   leggibile, ma una successiva \func{read} si blocchi.} il secondo,
1054 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1055 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i
1056 dati urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, vedi
1057 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1058
1059 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1060 \const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente la funzione richiede di
1061 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1062 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1063 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1064 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1065 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{si ricordi che
1066   i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1067   valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo;
1068   dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore
1069   comune.}  
1070
1071 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con una struttura di tipo
1072 \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un tempo
1073 massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la
1074 funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo
1075 (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a zero), qualora si
1076 voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file descriptor.
1077
1078 La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
1079   il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
1080   funzione è recente, ed esistono ancora alcune versioni di Unix che non si
1081   comportano in questo modo.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per
1082 indicare quali sono i file descriptor pronti per le operazioni ad esso
1083 relative, in modo da poterli controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece si
1084 ha un timeout viene restituito un valore nullo e gli insiemi non vengono
1085 modificati.  In caso di errore la funzione restituisce -1, ed i valori dei tre
1086 insiemi sono indefiniti e non si può fare nessun affidamento sul loro
1087 contenuto.
1088
1089 \itindend{file~descriptor~set}
1090
1091 Una volta ritornata la funzione si potrà controllare quali sono i file
1092 descriptor pronti ed operare su di essi, si tenga presente però che si tratta
1093 solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni\footnote{ad esempio
1094   quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono scartati perché
1095   corrotti.} in cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file
1096 descriptor è pronto in lettura, quando una successiva lettura si bloccherebbe.
1097 Per questo quando si usa \textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso
1098 delle funzioni di lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1099
1100 In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
1101 impostandolo al tempo restante, quando la funzione viene interrotta da un
1102 segnale. In tal caso infatti si ha un errore di \errcode{EINTR}, ed occorre
1103 rilanciare la funzione; in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le
1104 volte il tempo rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia
1105 quando si usa codice scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si
1106 usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di questa
1107 caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte.\footnote{in
1108   genere questa caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da
1109   System V e non è disponibile per quelli che derivano da BSD; lo standard
1110   POSIX.1-2001 non permette questo comportamento.}
1111
1112 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1113 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1114 controllo.  Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1115 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1116 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1117 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1118 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1119
1120 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1121 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1122 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1123 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1124 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1125 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni. 
1126
1127 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1128   multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1129 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1130 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1131 vengano dichiarate nell'header \headfile{sys/select.h}, che sostituisce i
1132 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1133 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1134   l'header \headfile{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle
1135   \acr{glibc} 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header,
1136   le \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
1137   senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1138   \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1139   \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1140   maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1141 \begin{prototype}{sys/select.h}
1142   {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
1143     struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1144   
1145   Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1146   attivo.
1147   
1148   \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
1149     descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
1150     caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1151   \begin{errlist}
1152   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1153     degli insiemi.
1154   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1155   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1156     o un valore non valido per \param{timeout}.
1157   \end{errlist}
1158   ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
1159 \end{prototype}
1160
1161 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1162 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1163 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1164 caso di interruzione.\footnote{in realtà la \textit{system call} di Linux
1165   aggiorna il valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle
1166   \acr{glibc} modifica questo comportamento passando alla \textit{system call}
1167   una variabile locale, in modo da mantenere l'aderenza allo standard POSIX
1168   che richiede che il valore di \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre
1169 prende un argomento aggiuntivo \param{sigmask} che è il puntatore ad una
1170 \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali (si veda
1171 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  La maschera corrente viene sostituita da questa
1172 immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
1173 funzione.
1174
1175 L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1176 \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando ci si deve porre in
1177 attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
1178 utilizzare il gestore per impostare una \index{variabili!globali} variabile
1179 globale e controllare questa nel corpo principale del programma; abbiamo visto
1180 in sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili
1181 \itindex{race~condition} \textit{race condition}, per cui diventa essenziale
1182 utilizzare \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima
1183 di eseguire il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative
1184 operazioni, onde evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il
1185 controllo, che andrebbe perso.
1186
1187 Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
1188 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1189 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1190 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1191 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1192 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1193 qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
1194 se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
1195 interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
1196
1197 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1198 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1199 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1200   kernel 2.6.16, non era presente la relativa \textit{system call}, e la
1201   funzione era implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
1202   \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
1203   \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad
1204   una soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick}
1205   \textit{self-pipe trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi
1206   sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare \func{select} sul capo in lettura della
1207   stessa; si può indicare l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in
1208   scrittura all'interno del gestore dello stesso; in questo modo anche se il
1209   segnale va perso prima della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà
1210   comunque dalla presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa
1211 ritorna, così che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente
1212 modo:
1213 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1214 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1215 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1216 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1217
1218
1219 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1220 \label{sec:file_poll}
1221
1222 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1223 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
1224 interfaccia, basata sulla funzione \funcd{poll},\footnote{la funzione è
1225   prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
1226   call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
1227 cui prototipo è:
1228 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1229   {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
1230   
1231   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1232   descriptor.
1233   
1234   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1235     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1236     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1237   \begin{errlist}
1238   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1239     degli insiemi.
1240   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1241   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1242     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1243   \end{errlist}
1244   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1245 \end{prototype}
1246
1247 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1248 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1249 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1250 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1251 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1252 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1253 immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1254 \textsl{non-bloccante}).
1255
1256 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1257 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1258 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1259 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1260 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1261 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1262 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1263 risultato.  Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
1264 struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
1265 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1266 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1267 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1268
1269 \begin{figure}[!htb]
1270   \footnotesize \centering
1271   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1272     \includestruct{listati/pollfd.h}
1273   \end{minipage} 
1274   \normalsize 
1275   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1276     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1277   \label{fig:file_pollfd}
1278 \end{figure}
1279
1280 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1281 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
1282 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1283 suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
1284 per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
1285 uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
1286 nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore. 
1287
1288 \begin{table}[htb]
1289   \centering
1290   \footnotesize
1291   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1292     \hline
1293     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1294     \hline
1295     \hline
1296     \const{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1297     \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1298     \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1299     \const{POLLPRI}   & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
1300                         urgenti.\\ 
1301     \hline
1302     \const{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1303     \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1304     \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1305     \hline
1306     \const{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1307     \const{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1308     \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1309                         socket.\footnotemark\\ 
1310     \const{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1311     \hline
1312     \const{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1313     \hline    
1314   \end{tabular}
1315   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1316     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1317   \label{tab:file_pollfd_flags}
1318 \end{table}
1319
1320 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1321   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1322   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1323   socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
1324   \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
1325   dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1326
1327 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1328 compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
1329 \textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
1330   presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
1331   delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
1332 costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
1333 \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In Linux la
1334 distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band} dei socket
1335 (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll}
1336 reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
1337 sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1338
1339 Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati
1340 normali e prioritari, vale a dire \const{POLLRDNORM}, \const{POLLWRNORM},
1341 \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND} fanno riferimento alle implementazioni
1342 in stile SysV (in particolare le ultime due non vengono usate su Linux), e
1343 sono utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1344 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di farlo sempre in testa al
1345   file, definirla soltanto prima di includere \headfile{sys/poll.h} non è
1346   sufficiente.}
1347
1348 In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
1349 positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
1350 o per i quali si è verificato un errore, nel qual caso vengono utilizzati i
1351 valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}. Un
1352 valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
1353 indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
1354 tramite \var{errno}.
1355
1356 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1357 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1358 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1359 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1360 \textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
1361 dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
1362 dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
1363     set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
1364   qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
1365   ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
1366   memoria.}
1367
1368 Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
1369   descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
1370 che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
1371 da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
1372 da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
1373 \func{poll}.
1374
1375 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1376 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1377 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1378 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1379 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1380
1381 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1382 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1383 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1384 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1385 prototipo è:
1386 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1387   {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
1388     const sigset\_t *sigmask)}
1389   
1390   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1391   descriptor.
1392   
1393   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1394     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1395     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1396   \begin{errlist}
1397   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1398     degli insiemi.
1399   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1400   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1401     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1402   \end{errlist}
1403   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1404 \end{prototype}
1405
1406 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1407 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una
1408 \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali; questa sarà la maschera
1409 utilizzata per tutto il tempo che la funzione resterà in attesa, all'uscita
1410 viene ripristinata la maschera originale.  L'uso di questa funzione è cioè
1411 equivalente, come illustrato nella pagina di manuale, all'esecuzione atomica
1412 del seguente codice:
1413 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1414
1415 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1416 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1417 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1418 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la system
1419 call che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione viene interrotta
1420 da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come per \func{pselect}
1421 la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera questo
1422 comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout}.\footnote{anche
1423   se in questo caso non esiste nessuno standard che richiede questo
1424   comportamento.}
1425
1426
1427 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1428 \label{sec:file_epoll}
1429
1430 \itindbeg{epoll}
1431
1432 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1433 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1434 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1435   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1436   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1437   \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
1438 questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
1439 da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
1440 numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
1441
1442 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1443 eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
1444   sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
1445 trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
1446 delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1447 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1448 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1449 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1450 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1451 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1452 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1453
1454 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1455 specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
1456   in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
1457 informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
1458 attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
1459 prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
1460 osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
1461 presentano attività.
1462
1463 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1464 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1465   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1466   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1467   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1468 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1469 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1470 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1471 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1472 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1473 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1474 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1475 \textsl{pronto}.
1476
1477 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1478 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1479 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1480 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1481 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1482 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1483 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1484 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1485 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1486
1487 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1488 servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
1489   Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
1490   sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
1491 discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
1492 tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
1493   2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
1494   fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
1495   stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
1496   intorno a tutto ciò e niente di definito.}  \textit{epoll} è in grado di
1497 operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1498
1499 La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
1500 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1501 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
1502   dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
1503   file.} ma poi si è passati all'uso di apposite \textit{system call}.  Il
1504 primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello
1505 ottenere detto file descriptor chiamando una delle funzioni
1506 \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},\footnote{l'interfaccia di
1507   \textit{epoll} è stata inserita nel kernel a partire dalla versione 2.5.44,
1508   ed il supporto è stato aggiunto alle \acr{glibc} 2.3.2.} i cui prototipi
1509 sono:
1510 \begin{functions}
1511   \headdecl{sys/epoll.h}
1512
1513   \funcdecl{int epoll\_create(int size)}
1514   \funcdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1515   
1516   Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
1517   
1518   \bodydesc{Le funzioni restituiscono un file descriptor per \textit{epoll} in
1519     caso di successo, o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1520     assumerà uno dei valori:
1521   \begin{errlist}
1522   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1523     positivo o non valido per \param{flags}.
1524   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1525     nel sistema.
1526   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1527     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1528     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1529   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1530     l'istanza.
1531   \end{errlist}
1532 }
1533 \end{functions}
1534
1535 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor speciale,\footnote{esso
1536   non è associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali
1537   file descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un
1538   socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche
1539 \textit{epoll descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata
1540 dal kernel per gestire la notifica degli eventi. Nel caso di
1541 \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare l'indicazione del
1542 numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto controllo, e costituiva
1543 solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di risorse sufficienti,
1544 non un valore massimo.\footnote{ma a partire dal kernel 2.6.8 esso viene
1545   totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.}
1546
1547 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata
1548 introdotta\footnote{è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.27.} come
1549 estensione della precedente, per poter passare dei flag di controllo come
1550 maschera binaria in fase di creazione del file descriptor. Al momento l'unico
1551 valore legale per \param{flags} (a parte lo zero) è \const{EPOLL\_CLOEXEC},
1552 che consente di impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1553 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} (si veda il significato di
1554 \const{O\_CLOEXEC} in sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia
1555 necessaria una successiva chiamata a \func{fcntl}.
1556
1557 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1558 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1559 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
1560 \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1561 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1562   {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1563   
1564   Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
1565   
1566   \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
1567     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1568   \begin{errlist}
1569   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1570     validi.
1571   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1572     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1573   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1574     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1575     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1576   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1577     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1578   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1579     l'operazione richiesta.
1580   \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
1581   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1582     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1583     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1584   \end{errlist}
1585 }
1586 \end{prototype}
1587
1588 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1589 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1590 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1591 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1592 delle operazioni cui fanno riferimento.
1593
1594 \begin{table}[htb]
1595   \centering
1596   \footnotesize
1597   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1598     \hline
1599     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1600     \hline
1601     \hline
1602     \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1603                              \param{fd} alla lista dei file descriptor
1604                              controllati tramite \param{epfd}, in
1605                              \param{event} devono essere specificate le
1606                              modalità di osservazione.\\
1607     \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1608                              descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1609                              \param{event}.\\
1610     \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1611                              dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1612     \hline    
1613   \end{tabular}
1614   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1615     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1616   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1617 \end{table}
1618
1619 % aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE con il kernel 3.7, vedi
1620 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1621
1622 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1623 \textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
1624 una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
1625 file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
1626 un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
1627 file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1628
1629 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1630 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1631 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1632 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1633 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1634 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1635   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1636   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1637   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1638   puntatore valido.}
1639
1640 \begin{figure}[!htb]
1641   \footnotesize \centering
1642   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1643     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1644   \end{minipage} 
1645   \normalsize 
1646   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1647     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1648     \textit{epoll}.}
1649   \label{fig:epoll_event}
1650 \end{figure}
1651
1652 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1653 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1654 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1655 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1656 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1657
1658 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1659 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1660 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1661 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, è una \direct{union}
1662 che serve a identificare il file descriptor a cui si intende fare riferimento,
1663 ed in astratto può contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse
1664 forme) che ne permetta una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo
1665 però è quello in cui si specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl}
1666 nella forma \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo
1667 stesso valore dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata
1668 identificazione del file descriptor.
1669
1670 \begin{table}[htb]
1671   \centering
1672   \footnotesize
1673   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1674     \hline
1675     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1676     \hline
1677     \hline
1678     \const{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1679                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1680     \const{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1681                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1682     \const{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1683                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1684                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1685                           della stessa (vedi
1686                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1687     \const{EPOLLPRI}    & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
1688                           disponibili in lettura (analogo di
1689                           \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1690                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1691                           in ingresso.\\ 
1692     \const{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1693                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1694                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1695                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1696     \const{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1697                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1698                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1699     \const{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1700                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1701     \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1702                           descriptor associato.\footnotemark\\
1703     \hline    
1704   \end{tabular}
1705   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1706     \struct{epoll\_event}.}
1707   \label{tab:epoll_events}
1708 \end{table}
1709
1710 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1711   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo
1712   quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1713
1714 \footnotetext[48]{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel
1715   2.6.2.}
1716
1717 % TODO aggiunto EPOLLWAKEUP con il 3.5
1718
1719
1720 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1721 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
1722 \textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
1723 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
1724   chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
1725   una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
1726   grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
1727   funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
1728   le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
1729 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1730 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1731 osservazione.
1732
1733 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1734
1735 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1736 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1737 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1738 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  Si tenga
1739 presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
1740 su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
1741 notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
1742
1743 Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
1744 si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1745 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
1746 osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
1747 non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1748
1749 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1750 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1751 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1752 di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
1753   quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
1754 (ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
1755 condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
1756   logica \textit{edge triggered}.} 
1757
1758 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1759 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1760 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1761 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1762 automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
1763   ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
1764 essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
1765 chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1766
1767 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1768 i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
1769 di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1770 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1771   {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
1772     timeout)}
1773   
1774   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
1775   
1776   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1777     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1778     assumerà uno dei valori:
1779   \begin{errlist}
1780   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1781   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1782   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1783     della scadenza di \param{timeout}.
1784   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1785     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1786   \end{errlist}
1787 }
1788 \end{prototype}
1789
1790 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1791 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1792 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1793 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1794 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1795 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1796 con l'argomento \param{maxevents}.
1797
1798 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1799 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1800 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1801 indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
1802   caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
1803 un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
1804 un intero positivo.
1805
1806 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1807 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1808 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1809 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1810 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1811 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1812 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1813 identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
1814   è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
1815
1816 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1817 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1818 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1819 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1820 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1821 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1822 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1823 luce delle modifiche.
1824
1825 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1826 il ritorno di \func{epoll\_wait} indica che un file descriptor è pronto e
1827 resterà tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su
1828 di esso.  Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un
1829 errore di \errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una
1830 \func{write},\footnote{è opportuno ricordare ancora una volta che l'uso
1831   dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui file in modalità non
1832   bloccante.} ma questa non è la sola modalità possibile, ad esempio la
1833 condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono stati
1834 restituiti meno dati di quelli richiesti.
1835
1836 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1837 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1838 contemporaneamente per le osservazioni fatte in sez.~\ref{sec:file_select},
1839 per fare questo di nuovo è necessaria una variante della funzione di attesa
1840 che consenta di reimpostare all'uscita una \index{maschera~dei~segnali}
1841 maschera di segnali, analoga alle estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che
1842 abbiamo visto in precedenza per \func{select} e \func{poll}; in questo caso la
1843 funzione si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funziona è stata
1844   introdotta a partire dal kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di
1845   \textit{epoll}, specifica di Linux.} ed il suo prototipo è:
1846 \begin{prototype}{sys/epoll.h} 
1847   {int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1848     int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
1849
1850   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando i
1851   segnali. 
1852
1853   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1854     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1855     assumerà uno dei valori già visti con \funcd{epoll\_wait}.
1856 }
1857 \end{prototype}
1858
1859 La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1860 uscita viene ripristinata la \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali
1861 originale, sostituita durante l'esecuzione da quella impostata con
1862 l'argomento \param{sigmask}; in sostanza la chiamata a questa funzione è
1863 equivalente al seguente codice, eseguito però in maniera atomica:
1864 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1865
1866 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1867 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1868 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1869 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1870 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
1871 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
1872 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
1873
1874 \itindend{epoll}
1875
1876
1877 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
1878 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
1879
1880 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
1881 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
1882 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
1883 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili
1884 \itindex{race~condition} \textit{race condition} sono state introdotte
1885 estensioni dello standard POSIX e funzioni apposite come \func{pselect},
1886 \func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
1887
1888 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
1889 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
1890 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
1891 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
1892 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
1893 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
1894 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
1895 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
1896 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
1897 \textsl{sincrona}, come quelle dell'I/O multiplexing appena illustrate.
1898
1899 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
1900 gli eventi a cui vuole rispondere in maniera sincrona generando le opportune
1901 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
1902 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
1903 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
1904 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
1905 \itindex{race~condition} \textit{race conditions}.\footnote{in sostanza se non
1906   fossero per i segnali non ci sarebbe da doversi preoccupare, fintanto che si
1907   effettuano operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
1908   \index{system~call~lente} \textit{system call} lente che vengono interrotte
1909   e devono essere riavviate.}
1910
1911 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
1912 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
1913 sincrona dei segnali con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
1914 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
1915 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
1916 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
1917 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
1918 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
1919 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
1920 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
1921 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
1922 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
1923
1924 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
1925 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
1926 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
1927 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
1928 opportuni file descriptor.\footnote{ovviamente si tratta di una funzionalità
1929   specifica di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista
1930   da nessuno standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.}
1931
1932 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
1933 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
1934 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
1935 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
1936 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
1937 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo
1938 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
1939 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
1940 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
1941
1942 La funzione che permette di abilitare la ricezione dei segnali tramite file
1943 descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella riportata è
1944   l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono infatti due
1945   versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
1946   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
1947   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
1948   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
1949   che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
1950   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
1951   \index{maschera~dei~segnali} maschera dei segnali, il cui valore viene
1952   impostato automaticamente dalle \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
1953 \begin{prototype}{sys/signalfd.h} 
1954   {int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
1955
1956   Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali. 
1957
1958   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
1959     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
1960     dei valori:
1961   \begin{errlist}
1962   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
1963   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
1964     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
1965   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
1966     descriptor di \func{signalfd}.
1967   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
1968     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
1969     descriptor.
1970   \end{errlist}
1971   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
1972 }
1973 \end{prototype}
1974
1975 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
1976 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
1977 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
1978 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
1979 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
1980 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
1981 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
1982 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
1983 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
1984
1985 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
1986 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
1987 puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali creata con
1988 l'uso delle apposite macro già illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La
1989 maschera deve indicare su quali segnali si intende operare con
1990 \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato con una successiva chiamata a
1991 \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e \signal{SIGSTOP} non possono
1992 essere intercettati (e non prevedono neanche la possibilità di un gestore) un
1993 loro inserimento nella maschera verrà ignorato senza generare errori.
1994
1995 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
1996 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
1997 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
1998 impostazione successiva con \func{fcntl}.\footnote{questo è un argomento
1999   aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
2000   per kernel precedenti il valore deve essere nullo.} L'argomento deve essere
2001 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2002 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2003
2004 \begin{table}[htb]
2005   \centering
2006   \footnotesize
2007   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2008     \hline
2009     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2010     \hline
2011     \hline
2012     \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2013                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2014     \const{SFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2015                            chiusura automatica del file descriptor nella
2016                            esecuzione di \func{exec}.\\
2017     \hline    
2018   \end{tabular}
2019   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2020     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2021   \label{tab:signalfd_flags}
2022 \end{table}
2023
2024 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2025 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2026 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2027 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2028 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2029 installato in precedenza).\footnote{il blocco non ha invece nessun effetto sul
2030   file descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile
2031   pertanto ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.}
2032 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2033 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2034 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2035 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2036 condizioni di gestione, né da un gestore né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2037
2038 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2039 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2040 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2041 \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2042 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2043
2044 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2045 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2046 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2047 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2048 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2049 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2050 soltanto una volta.\footnote{questo significa che tutti i file descriptor su
2051   cui è presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le
2052   funzioni di \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su
2053   uno di essi il segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non
2054   saranno più disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una
2055   ulteriore occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.}
2056
2057 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2058 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2059 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2060 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2061 imposto con \func{sigprocmask}.
2062
2063 Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
2064 descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
2065 sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2066 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2067 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2068 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2069 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2070 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2071 pendenti attraverso una \func{exec}.
2072
2073 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2074 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2075 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2076 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2077 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2078 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2079 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2080 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2081
2082 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2083 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2084 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2085 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2086 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2087 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2088 successivo con \func{fcntl}.  
2089
2090 \begin{figure}[!htb]
2091   \footnotesize \centering
2092   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
2093     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2094   \end{minipage} 
2095   \normalsize 
2096   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2097     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2098   \label{fig:signalfd_siginfo}
2099 \end{figure}
2100
2101 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2102 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2103 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2104 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2105 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2106 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2107 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2108 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2109 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2110
2111 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
2112 analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2113 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2114 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2115 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2116 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2117   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2118   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2119
2120 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2121 della interfaccia di \itindex{epoll} \textit{epoll}, si è scritto un programma
2122 elementare che stampi sullo standard output sia quanto viene scritto da terzi
2123 su una \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il
2124 codice completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2125 \texttt{FifoReporter.c}).
2126
2127 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2128 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2129 l'uso di \itindex{epoll} \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire
2130 (\texttt{\small 12--16}) dalla definizione delle varie variabili e strutture
2131 necessarie. Al solito si è tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle
2132 opzioni che consentono ad esempio di cambiare il nome del file associato alla
2133 fifo.
2134
2135 \begin{figure}[!htbp]
2136   \footnotesize \centering
2137   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2138     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2139   \end{minipage} 
2140   \normalsize 
2141   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2142     \file{FifoReporter.c}.}
2143   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2144 \end{figure}
2145
2146 Il primo passo (\texttt{\small 19--20}) è la crezione di un file descriptor
2147 \texttt{epfd} di \itindex{epoll} \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è
2148 quello che useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario
2149 disabilitare la ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT},
2150 \signal{SIGQUIT} e \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite
2151 file descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22--25})
2152 in una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali \texttt{sigmask} che
2153 useremo con (\texttt{\small 26}) \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la
2154 stessa maschera si potrà per passare all'uso (\texttt{\small 28--29}) di
2155 \func{signalfd} per abilitare la notifica sul file descriptor
2156 \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30--33}) dovrà essere aggiunto con
2157 \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor controllati con \texttt{epfd}.
2158
2159 Occorrerà infine (\texttt{\small 35--38}) creare la \textit{named fifo} se
2160 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39--40}); una
2161 volta fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2162 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \itindex{epoll} \textit{epoll} in maniera
2163 del tutto analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei
2164 segnali.
2165
2166 \begin{figure}[!htbp]
2167   \footnotesize \centering
2168   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2169     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2170   \end{minipage} 
2171   \normalsize 
2172   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2173   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2174 \end{figure}
2175
2176 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2177 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2--45}) che si è riportato in
2178 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2179 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2180 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2--3}) la presenza di un file
2181 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait},\footnote{si ricordi che
2182   entrambi i file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in
2183   osservazioni per eventi di tipo \const{EPOLLIN}.} che si bloccherà fintanto
2184 che non siano stati scritti dati sulla fifo o che non sia arrivato un
2185 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2186   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2187   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2188   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2189   programma.}
2190
2191 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2192 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2193 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5--44}) sul numero
2194 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2195 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2196 del file descriptor riconosciuto come pronto.\footnote{controllando cioè a
2197   quale dei due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2198   \var{events[i].data.fd}.}
2199
2200 Il primo condizionale (\texttt{\small 6--24}) è relativo al caso che si sia
2201 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2202 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2203 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2204 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2205 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8--24}) che prosegue fintanto che vi
2206 siano dati da leggere.
2207
2208 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9--14}) se il valore di
2209 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2210 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2211 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2212 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati.\footnote{si ricordi come
2213   sia la fifo che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2214   modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2215   pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non
2216   vi saranno più dati da leggere.}
2217
2218 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2219 (\texttt{\small 19--20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2220 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf}\footnote{per la
2221   stampa si è usato il vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale
2222   corrisponde il nome del segnale avente il numero corrispondente, la cui
2223   definizione si è omessa dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init}
2224   per brevità.} ed il \textit{pid} del processo da cui lo ha ricevuto; inoltre
2225 (\texttt{\small 21--24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2226 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2227 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2228   fifo}.
2229  
2230 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26--39}) è invece relativo al caso in
2231 cui ci siano dati pronti in lettura sulla fifo e che il file descriptor pronto
2232 corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si effettueranno le
2233 letture in un ciclo (\texttt{\small 28--39}) ripetendole fin tanto che la
2234 funzione \func{read} non resituisce un errore di \errcode{EAGAIN}
2235 (\texttt{\small 29--35}).\footnote{il procedimento è lo stesso adottato per il
2236   file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in caso
2237   di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire si
2238   stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.} Se invece vi
2239 sono dati validi letti dalla fifo si inserirà (\texttt{\small 36}) una
2240 terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il tutto (\texttt{\small
2241   37--38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo condizionale
2242 (\texttt{\small 40--44}) è semplicemente una condizione di cattura per una
2243 eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta alla uscita
2244 dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2245
2246 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2247 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2248 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2249 \begin{Verbatim}
2250 piccardi@hain:~/gapil/sources$ ./a.out 
2251 FifoReporter starting, pid 4568
2252 \end{Verbatim}
2253 %$
2254 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2255 \begin{Verbatim}
2256 root@hain:~# echo prova > /tmp/reporter.fifo  
2257 \end{Verbatim}
2258 si otterrà:
2259 \begin{Verbatim}
2260 Message from fifo:
2261 prova
2262 end message
2263 \end{Verbatim}
2264 mentre inviando un segnale:
2265 \begin{Verbatim}
2266 root@hain:~# kill 4568
2267 \end{Verbatim}
2268 si avrà:
2269 \begin{Verbatim}
2270 Signal received:
2271 Got SIGTERM       
2272 From pid 3361
2273 \end{Verbatim}
2274 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2275 vedrà:
2276 \begin{Verbatim}
2277 ^\Signal received:
2278 Got SIGQUIT       
2279 From pid 0
2280 \end{Verbatim}
2281 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2282 \begin{Verbatim}
2283 ^CSignal received:
2284 Got SIGINT        
2285 From pid 0
2286 SIGINT means exit
2287 \end{Verbatim}
2288
2289
2290 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2291 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2292 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2293 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2294 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2295 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2296 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2297 timer.\footnote{in realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd}
2298   per ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia
2299   semplifica notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola
2300   \textit{system call}.}
2301
2302 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2303 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2304 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2305   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2306   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2307   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2308   supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2309   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2310   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione prevista, quella che
2311 consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui prototipo è:
2312 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2313   {int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2314
2315   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2316
2317   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2318     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2319     dei valori:
2320   \begin{errlist}
2321   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2322     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2323     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2324     precedenti il 2.6.27.
2325   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2326     descriptor di \func{signalfd}.
2327   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2328     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
2329     descriptor.
2330   \end{errlist}
2331   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
2332 }
2333 \end{prototype}
2334
2335 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2336 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2337 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2338 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2339 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2340 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2341 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2342 restituito,\footnote{esso è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27, per
2343   le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve essere
2344 specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2345 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2346
2347 \begin{table}[htb]
2348   \centering
2349   \footnotesize
2350   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2351     \hline
2352     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2353     \hline
2354     \hline
2355     \const{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2356                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2357     \const{TFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2358                            chiusura automatica del file descriptor nella
2359                            esecuzione di \func{exec}.\\
2360     \hline    
2361   \end{tabular}
2362   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2363     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2364     descriptor.}  
2365   \label{tab:timerfd_flags}
2366 \end{table}
2367
2368 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2369 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2370 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2371 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec},\footnote{a
2372   meno che non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2373   \const{TFD\_CLOEXEC}.} e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2374 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2375 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2376 timer impostati con le funzioni ordinarie.\footnote{si ricordi infatti che,
2377   come illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali
2378   pendenti nel padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.}
2379
2380 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2381 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2382 periodicità di ripetizione, per farlo si usa la funzione omologa di
2383 \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2384 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2385 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2386   {int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2387                            const struct itimerspec *new\_value,
2388                            struct itimerspec *old\_value)}
2389
2390   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2391
2392   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2393     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2394     dei valori:
2395   \begin{errlist}
2396   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2397     descriptor. 
2398   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2399     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2400     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2401   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2402     puntatori validi.
2403   \end{errlist}
2404 }
2405 \end{prototype}
2406
2407 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2408 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2409 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2410 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2411 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2412 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2413
2414 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2415 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2416 ripetere quanto detto in quell'occasione;\footnote{per brevità si ricordi che
2417   con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2418   con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.}  l'unica differenza
2419 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2420 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2421 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2422 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e
2423 \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}.\footnote{anche questo valore, che è l'analogo di
2424   \const{TIMER\_ABSTIME} è l'unico attualmente possibile per \param{flags}.}
2425
2426 L'ultima funzione prevista dalla nuova interfaccia è \funcd{timerfd\_gettime},
2427 che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo prototipo è:
2428 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2429   {int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2430
2431   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2432
2433   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2434     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2435     dei valori:
2436   \begin{errlist}
2437   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2438     descriptor. 
2439   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2440     con \func{timerfd\_create}.
2441   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2442   \end{errlist}
2443 }
2444 \end{prototype}
2445
2446
2447
2448
2449
2450 Questo infatti diverrà pronto in lettura per tutte le varie funzioni dell'I/O
2451 multiplexing in presenza di una o più scadenze del timer ad esso associato.
2452
2453 Inoltre sarà possibile ottenere il numero di volte che il timer è scaduto
2454 dalla ultima impostazione
2455
2456 che può essere
2457 usato per leggere le notifiche delle scadenze dei timer. Queste possono essere
2458 ottenute leggendo in maniera ordinaria il file descriptor con una \func{read}, 
2459
2460
2461
2462
2463 % TODO trattare qui eventfd, timerfd introdotte con il 2.6.22 
2464 % timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
2465 % vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
2466 %       http://lwn.net/Articles/245533/
2467 %       http://lwn.net/Articles/267331/
2468
2469
2470 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2471 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2472
2473 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2474 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2475 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2476 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2477 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2478 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2479 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2480 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2481 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
2482 \textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
2483 operazioni di I/O volute.
2484
2485
2486 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2487 \label{sec:signal_driven_io}
2488
2489 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2490
2491 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2492 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2493 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2494 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2495 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2496   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2497   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2498 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2499 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2500 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2501 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2502 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2503 questo modo.
2504
2505 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità\footnote{si
2506   tenga presente però che essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo
2507   con socket, file di terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal
2508   kernel 2.6, anche per fifo e pipe.} il sistema genera un apposito segnale,
2509 \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa possibile leggere o scrivere dal
2510 file descriptor che si è posto in questa modalità. Inoltre è possibile, come
2511 illustrato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando
2512 \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi
2513 dovrà ricevere il segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le
2514 operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la
2515 necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai
2516 file.
2517
2518 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2519
2520 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2521 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2522 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
2523 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2524   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2525   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2526   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2527   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2528 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2529 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2530 buone prestazioni.
2531
2532 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2533 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2534 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2535 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2536 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2537 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2538 verrebbero notificati una volta sola.
2539
2540 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
2541 accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
2542 In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
2543 restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
2544 estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2545 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2546 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2547
2548 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
2549 (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
2550 \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
2551 I/O asincrono (il segnale predefinito è \signal{SIGIO}). In questo caso il
2552 gestore, tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del campo
2553 \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia il
2554   segnale che si è associato all'I/O, ed indica appunto che il segnale è stato
2555   generato a causa di attività di I/O.} di \struct{siginfo\_t}, troverà nel
2556 campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato il segnale.
2557
2558 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
2559 ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
2560 file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella
2561 risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali real-time supportano
2562 anche questa funzionalità. In questo modo si può identificare immediatamente
2563 un file su cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di
2564 funzioni come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura
2565 la coda.
2566
2567 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2568 più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
2569 suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
2570 in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
2571 diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
2572 impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
2573 identica al valore massimo del numero di file descriptor
2574 utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
2575   \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2576   \sysctlfile{fs/file-max}.}
2577
2578 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2579
2580 \itindend{signal~driven~I/O}
2581
2582
2583
2584 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2585 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2586
2587 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2588 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La
2589 risposta\footnote{o meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ
2590   \cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
2591     Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
2592 possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
2593 classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
2594 \textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
2595 motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2596 modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
2597   \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
2598   programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
2599 configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
2600 modifiche.
2601
2602 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2603 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2604 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2605 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2606 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2607 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2608 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2609 lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
2610 nessuna funzionalità di notifica.
2611
2612 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2613 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2614 interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
2615 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2616 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2617 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2618 \itindex{polling} \textit{polling}.
2619
2620 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2621 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2622 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2623 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2624 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2625 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2626 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2627
2628 \itindbeg{file~lease} 
2629
2630 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2631 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2632   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2633 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2634 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2635 \textit{lease}.
2636 La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in precedenza per
2637 l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al \textit{lease holder}
2638 il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere modificato usando il
2639 comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}.\footnote{anche in questo caso si
2640   può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}.} Se si è fatto questo\footnote{è
2641   in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per utilizzare segnali
2642   real-time.} e si è installato il gestore del segnale con \const{SA\_SIGINFO}
2643 si riceverà nel campo \var{si\_fd} della struttura \struct{siginfo\_t} il
2644 valore del file descriptor del file sul quale è stato compiuto l'accesso; in
2645 questo modo un processo può mantenere anche più di un \textit{file lease}.
2646
2647 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2648 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2649 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2650 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2651 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2652 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2653
2654 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2655 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2656 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2657 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2658 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2659 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2660 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2661 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2662
2663 \begin{table}[htb]
2664   \centering
2665   \footnotesize
2666   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2667     \hline
2668     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2669     \hline
2670     \hline
2671     \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2672     \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2673     \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2674     \hline    
2675   \end{tabular}
2676   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2677     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2678     \const{F\_GETLEASE}.} 
2679   \label{tab:file_lease_fctnl}
2680 \end{table}
2681
2682 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2683 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2684 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2685 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2686 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2687 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2688
2689 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2690 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2691 (pipe e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non privilegiato
2692 può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
2693 \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2694 privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
2695 \const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
2696 \textit{lease} su qualunque file.
2697
2698 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2699 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2700 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2701   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2702     lease}.} la funzione si blocca\footnote{a meno di non avere aperto il file
2703   con \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore
2704   di \errcode{EWOULDBLOCK}.} e viene eseguita la notifica al \textit{lease
2705   holder}, così che questo possa completare le sue operazioni sul file e
2706 rilasciare il \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si
2707 rilevano i tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un
2708 altro processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i
2709 tentativi di accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di
2710 notifica avvengono solo in fase di apertura del file e non sulle singole
2711 operazioni di lettura e scrittura.
2712
2713 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2714 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2715 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2716 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2717 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2718 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2719 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2720 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2721 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2722 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2723 \const{F\_RDLCK}.
2724
2725 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2726 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2727 \sysctlfile{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
2728 declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
2729   evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
2730   acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
2731 rilasciato o declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal
2732 kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
2733 \textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2734
2735 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2736 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2737 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2738 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2739   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2740   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2741   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2742   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2743 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2744
2745 \itindbeg{dnotify}
2746
2747 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2748 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2749   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2750   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2751   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2752 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2753 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2754 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2755 può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
2756   precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
2757 come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
2758 descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2759 \struct{siginfo\_t}.
2760
2761 \itindend{file~lease}
2762
2763 \begin{table}[htb]
2764   \centering
2765   \footnotesize
2766   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2767     \hline
2768     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2769     \hline
2770     \hline
2771     \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2772                          \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2773     \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2774                          fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2775                          \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2776     \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2777                          l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2778                          \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2779                          \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2780                          directory).\\
2781     \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2782                          l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2783                          (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2784     \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2785                          directory (con \func{rename}).\\
2786     \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2787                          l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2788                          \func{utime}.\\ 
2789     \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2790                          eventi.\\ 
2791     \hline    
2792   \end{tabular}
2793   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2794     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2795   \label{tab:file_notify}
2796 \end{table}
2797
2798 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2799 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2800 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2801 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2802 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2803 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2804 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2805
2806 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2807 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2808 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2809 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2810 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2811 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2812 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2813 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2814 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2815 specificare un valore nullo.
2816
2817 \itindbeg{inotify}
2818
2819 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2820 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2821 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2822 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2823 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2824 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2825 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2826
2827 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2828 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2829 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2830 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2831 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2832 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2833 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2834 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2835 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2836
2837 \itindend{dnotify}
2838
2839 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2840 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2841 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2842   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
2843 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2844 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2845 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2846 di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}.  La
2847 coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
2848 prototipo è:
2849 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2850   {int inotify\_init(void)}
2851   
2852   Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
2853   
2854   \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
2855     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2856   \begin{errlist}
2857   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
2858     \textit{inotify} consentite all'utente.
2859   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
2860     nel sistema.
2861   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
2862     l'istanza.
2863   \end{errlist}
2864 }
2865 \end{prototype}
2866
2867 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
2868 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
2869 effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
2870   di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
2871   istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
2872   questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2873   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
2874 descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
2875 utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
2876 osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
2877 directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
2878 file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
2879 eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
2880   \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
2881   su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
2882
2883 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
2884 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
2885 con l'interfaccia di \textit{epoll};\footnote{ed a partire dal kernel 2.6.25 è
2886   stato introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
2887   \texttt{signal-driven I/O} trattato in sez.~\ref{sec:signal_driven_io}.}
2888 siccome gli eventi vengono notificati come dati disponibili in lettura, dette
2889 funzioni ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica. Così,
2890 invece di dover utilizzare i segnali,\footnote{considerati una pessima scelta
2891   dal punto di vista dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione
2892 degli eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
2893 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
2894 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
2895 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate.
2896
2897 Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
2898 osservazione, oltre che una directory, anche singoli file.  Una volta creata
2899 la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto
2900 osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione}
2901 (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
2902 osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
2903 \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
2904 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2905   {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
2906
2907   Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
2908
2909   \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
2910     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2911   \begin{errlist}
2912   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
2913   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
2914     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
2915   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
2916     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
2917   \end{errlist}
2918   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
2919 \end{prototype}
2920
2921 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
2922 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
2923 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
2924 nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
2925   descriptor creato con \func{inotify\_init}.}  Il file o la directory da
2926 porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
2927 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
2928 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
2929 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
2930 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
2931   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
2932   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2933   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
2934 un solo file descriptor.
2935
2936 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
2937 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
2938 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
2939 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
2940 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
2941 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
2942 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
2943 flag della prima parte.
2944
2945 \begin{table}[htb]
2946   \centering
2947   \footnotesize
2948   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
2949     \hline
2950     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
2951     \hline
2952     \hline
2953     \const{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
2954                                           lettura.\\  
2955     \const{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
2956                                           dell'inode (o sugli attributi
2957                                           estesi, vedi
2958                                           sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
2959     \const{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2960                                           scrittura.\\  
2961     \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2962                                           sola lettura.\\
2963     \const{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
2964                                           directory in una directory sotto
2965                                           osservazione.\\  
2966     \const{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
2967                                           directory in una directory sotto
2968                                           osservazione.\\ 
2969     \const{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
2970                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2971     \const{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
2972     \const{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
2973                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2974     \const{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
2975                                           directory sotto osservazione.\\ 
2976     \const{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
2977                                           directory sotto osservazione.\\ 
2978     \const{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
2979     \hline    
2980     \const{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
2981                                           \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
2982                                           \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
2983     \const{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
2984                                           \const{IN\_MOVED\_FROM} e
2985                                           \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
2986     \const{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
2987                                           possibili.\\
2988     \hline    
2989   \end{tabular}
2990   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
2991     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
2992     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
2993   \label{tab:inotify_event_watch}
2994 \end{table}
2995
2996 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
2997 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
2998 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
2999 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
3000   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
3001   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3002 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3003 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3004 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3005
3006 \begin{table}[htb]
3007   \centering
3008   \footnotesize
3009   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3010     \hline
3011     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3012     \hline
3013     \hline
3014     \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3015                               link simbolico.\\
3016     \const{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3017                               nell'argomento \param{mask}, invece di
3018                               sovrascriverli.\\
3019     \const{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
3020                               sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
3021                                 list}.\\ 
3022     \const{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3023                               soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3024                               quelli per i file che contiene.\\ 
3025     \hline    
3026   \end{tabular}
3027   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3028     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3029     modalità di osservazione.} 
3030   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3031 \end{table}
3032
3033 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3034 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3035 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3036 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3037 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3038
3039 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3040 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3041 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3042 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3043 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3044 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3045 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3046 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3047 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3048
3049 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3050 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3051   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3052 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3053 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3054 sarà più notificato.
3055
3056 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3057 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3058 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3059 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3060 la eventuale rimozione dello stesso. 
3061
3062 La seconda funzione per la gestione delle code di notifica, che permette di
3063 rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch}, ed il suo
3064 prototipo è:
3065 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
3066   {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3067
3068   Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
3069   
3070   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
3071     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3072   \begin{errlist}
3073   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3074     valido.
3075   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3076     non è associato ad una coda di notifica.
3077   \end{errlist}
3078 }
3079 \end{prototype}
3080
3081 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3082 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3083 \param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
3084   valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
3085   di \errval{EINVAL}.} in caso di successo della rimozione, contemporaneamente
3086 alla cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3087 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3088 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3089 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3090 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3091 \func{inotify\_rm\_watch}.
3092
3093 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3094 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3095 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3096 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3097 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3098 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3099 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3100 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3101
3102 \begin{figure}[!htb]
3103   \footnotesize \centering
3104   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3105     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3106   \end{minipage} 
3107   \normalsize 
3108   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3109     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3110   \label{fig:inotify_event}
3111 \end{figure}
3112
3113 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3114 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3115 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
3116 lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3117 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3118   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3119   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3120 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3121 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3122 il numero di file che sono cambiati.
3123
3124 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3125 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3126 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3127 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3128 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3129 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3130 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3131 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori
3132 aggiuntivi\footnote{questi compaiono solo nel campo \var{mask} di
3133   \struct{inotify\_event}, e  non utilizzabili in fase di registrazione
3134   dell'osservatore.} di tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}.
3135
3136 \begin{table}[htb]
3137   \centering
3138   \footnotesize
3139   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3140     \hline
3141     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3142     \hline
3143     \hline
3144     \const{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3145                              esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3146                              che in maniera implicita per la rimozione 
3147                              dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3148                              filesystem su cui questo si trova.\\
3149     \const{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3150                              (consente così di distinguere, quando si pone
3151                              sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3152                              relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3153                              essa contiene).\\
3154     \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3155                              eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3156                              caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3157     \const{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3158                              osservazione è stato smontato.\\
3159     \hline    
3160   \end{tabular}
3161   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3162     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3163   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3164 \end{table}
3165
3166 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima specificata dal
3167   parametro di sistema \sysctlfile{fs/inotify/max\_queued\_events} che
3168   indica il numero massimo di eventi che possono essere mantenuti sulla
3169   stessa; quando detto valore viene ecceduto gli ulteriori eventi vengono
3170   scartati, ma viene comunque generato un evento di tipo
3171   \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3172
3173 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3174 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3175 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3176 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3177 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3178
3179 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3180 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3181 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3182 (come \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativo alla directory
3183 osservata) e la relativa dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre
3184 restituito come stringa terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione,
3185 a seconda di eventuali necessità di allineamento del risultato, ed il valore
3186 di \var{len} corrisponde al totale della dimensione di \var{name}, zeri
3187 aggiuntivi compresi. La stringa con il nome del file viene restituita nella
3188 lettura subito dopo la struttura \struct{inotify\_event}; questo significa che
3189 le dimensioni di ciascun evento di \textit{inotify} saranno pari a
3190 \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) + len}.
3191
3192 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3193 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3194 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3195 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3196 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3197 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3198
3199 \begin{figure}[!htbp]
3200   \footnotesize \centering
3201   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3202     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3203   \end{minipage}
3204   \normalsize
3205   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3206   \label{fig:inotify_monitor_example}
3207 \end{figure}
3208
3209 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo principale del
3210 programma inizia controllando (\texttt{\small 11--15}) che sia rimasto almeno
3211 un argomento che indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e
3212 qualora questo non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che
3213 passa (\texttt{\small 16--20}) all'inizializzazione di \textit{inotify}
3214 ottenendo con \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (oppure usce in
3215 caso di errore).
3216
3217 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21--30}) alla coda di
3218 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3219 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3220 (\texttt{\small 22--29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3221 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3222 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3223 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3224 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3225 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3226 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3227
3228 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3229 (\texttt{\small 32--56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3230 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3231 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3232 si saranno verificati eventi. 
3233
3234 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3235 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3236 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3237 approssimativamente 512 eventi.\footnote{si ricordi che la quantità di dati
3238   restituita da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza
3239   del nome del file restituito insieme a \struct{inotify\_event}.} In caso di
3240 errore di lettura (\texttt{\small 35--40}) il programma esce con un messaggio
3241 di errore (\texttt{\small 37--39}), a meno che non si tratti di una
3242 interruzione della \textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si
3243 ripete la lettura.
3244
3245 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3246   43--52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3247 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3248 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3249 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna\footnote{si
3250   noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del puntatore.} alla
3251 variabile \var{event} l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3252 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3253 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3254 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3255 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3256 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3257
3258 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3259 si stampa (\texttt{\small 47--49}); si noti come in questo caso si sia
3260 utilizzato il valore del campo \var{event->len} e non al fatto che
3261 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo.\footnote{l'interfaccia
3262   infatti, qualora il nome non sia presente, non avvalora il campo
3263   \var{event->name}, che si troverà a contenere quello che era precedentemente
3264   presente nella rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il
3265   puntatore al nome di un file osservato in precedenza.} Si utilizza poi
3266 (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che interpreta il valore
3267 del campo \var{event->mask} per stampare il tipo di eventi
3268 accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto non
3269   essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare direttamente
3270   i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si provvede ad
3271 aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento successivo.
3272
3273 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3274 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3275 tipo di:
3276 \begin{verbatim}
3277 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ ./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/
3278 Watch descriptor 1
3279 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3280 IN_OPEN, 
3281 Watch descriptor 1
3282 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3283 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3284 \end{verbatim}
3285
3286 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3287 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3288 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3289 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3290 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3291 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3292 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3293 tale evenienza non si verificherà mai.
3294
3295 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3296 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3297 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3298 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3299 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3300 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3301 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3302 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3303   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3304   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3305   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3306   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3307 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3308 chiamata di \func{read}.
3309
3310 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3311 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3312 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3313 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3314 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3315 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3316 raggruppati in un solo evento.
3317
3318 \itindend{inotify}
3319
3320 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3321 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3322
3323
3324 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3325 \label{sec:file_asyncronous_io}
3326
3327 % vedere anche http://davmac.org/davpage/linux/async-io.html  e
3328 % http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/ 
3329
3330
3331 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3332 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3333   asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
3334 di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
3335 così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad esempio
3336 possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
3337 effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3338
3339 Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
3340 varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
3341 le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente} \textit{system call} lente),
3342 essa è comunque limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor
3343 per le operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime.
3344 Lo standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono
3345 vero e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e
3346 la scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3347 normalmente.
3348
3349 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3350 implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
3351 di \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti
3352 esiste una implementazione di questa interfaccia fornita delle \acr{glibc},
3353 che è realizzata completamente in user space, ed è accessibile linkando i
3354 programmi con la libreria \file{librt}. Nelle versioni più recenti (a partire
3355 dalla 2.5.32) è stato introdotto direttamente nel kernel un nuovo layer per
3356 l'I/O asincrono.
3357
3358 Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
3359 attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui nome sta per
3360 \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
3361 tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
3362 \headfile{aio.h}, è riportata in fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
3363 definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
3364 disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
3365
3366 \begin{figure}[!htb]
3367   \footnotesize \centering
3368   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3369     \includestruct{listati/aiocb.h}
3370   \end{minipage} 
3371   \normalsize 
3372   \caption{La struttura \structd{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
3373     asincrono.}
3374   \label{fig:file_aiocb}
3375 \end{figure}
3376
3377 Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
3378 aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek}, pertanto
3379 terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
3380 contemporanee effettuabili su un singolo file.  Ogni operazione deve
3381 inizializzare opportunamente un \textit{control block}.  Il file descriptor su
3382 cui operare deve essere specificato tramite il campo \var{aio\_fildes}; dato
3383 che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il concetto
3384 di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto si deve sempre
3385 specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione sul file da cui i dati
3386 saranno letti o scritti.  Nel campo \var{aio\_buf} deve essere specificato
3387 l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in \var{aio\_nbytes} la lunghezza
3388 del blocco di dati da trasferire.
3389
3390 Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
3391 di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
3392   piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
3393   le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
3394   \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
3395 partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
3396 cui viene sottratto il valore di questo campo.  Il campo
3397 \var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
3398 come vedremo, permette di eseguire con una sola chiamata una serie di
3399 operazioni, usando un vettore di \textit{control block}. Tramite questo campo
3400 si specifica quale è la natura di ciascuna di esse.
3401
3402 Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
3403 (illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
3404 modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
3405 operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
3406 stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
3407
3408 Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
3409 \funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}.  Esse permettono di richiedere una
3410 lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \struct{aiocb}
3411 appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
3412 \begin{functions}
3413   \headdecl{aio.h}
3414
3415   \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
3416   Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
3417
3418   \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
3419   Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
3420   \param{aiocbp}.
3421   
3422   \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3423     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3424   \begin{errlist}
3425   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
3426   \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3427   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per i campi
3428     \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
3429   \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
3430   \end{errlist}
3431 }
3432 \end{functions}
3433
3434 Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
3435 richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
3436 \errcode{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
3437 potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
3438 scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
3439 il file non sia stato aperto in \itindex{append~mode} \textit{append mode}
3440 (vedi sez.~\ref{sec:file_open_close}), nel qual caso le scritture vengono
3441 effettuate comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a
3442 \func{aio\_write}.
3443
3444 Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
3445 \param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
3446 operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
3447 campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
3448 richiesta.  Questo comporta che non si devono usare per \param{aiocbp}
3449 \index{variabili!automatiche} variabili automatiche e che non si deve
3450 riutilizzare la stessa struttura per un'altra operazione fintanto che la
3451 precedente non sia stata ultimata. In generale per ogni operazione si deve
3452 utilizzare una diversa struttura \struct{aiocb}.
3453
3454 Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
3455 \func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
3456 eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
3457 altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
3458 prima è \funcd{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
3459 errore; il suo prototipo è:
3460 \begin{prototype}{aio.h}
3461   {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}  
3462
3463   Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
3464   \param{aiocbp}.
3465   
3466   \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
3467     successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
3468     fallimento.}
3469 \end{prototype}
3470
3471 Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
3472 \errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
3473 conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
3474 verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
3475 codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
3476 errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
3477 dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
3478 del caso, i codici di errore delle \textit{system call} \func{read},
3479 \func{write} e \func{fsync}.
3480
3481 Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
3482 che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
3483 \errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
3484 permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
3485 suo prototipo è:
3486 \begin{prototype}{aio.h}
3487 {ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)} 
3488
3489 Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
3490 \param{aiocbp}.
3491   
3492 \bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
3493   eseguita.}
3494 \end{prototype}
3495
3496 La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
3497 asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
3498 associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
3499 l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
3500 precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
3501
3502 La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
3503 così come ricavato dalla sottostante \textit{system call} (il numero di byte
3504 letti, scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}).  É importante chiamare
3505 sempre questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di
3506 I/O asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
3507 esaurimento.
3508
3509 Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
3510 disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O,
3511 compiuta dalla funzione \funcd{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
3512 analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
3513 è:
3514 \begin{prototype}{aio.h}
3515 {int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)} 
3516
3517 Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
3518   
3519 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
3520   errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
3521   \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{EINVAL}.}
3522 \end{prototype}
3523
3524 La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
3525 immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
3526 verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
3527 di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
3528 modalità di esecuzione, se si specifica il valore \const{O\_DSYNC} le
3529 operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
3530 specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
3531 sez.~\ref{sec:file_sync}).