Aggiornamento note di copyright e correzioni minime.
[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} system call,\index{system~call~lente} che in
918 certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si
919   ricordi però che questo può accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni
920   file di dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui file normali le funzioni
921   di lettura e scrittura ritornano sempre subito.}  Ad esempio le operazioni
922 di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul
923 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 system call che
949 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 system call di Linux aggiorna il
1165   valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle \acr{glibc} modifica
1166   questo comportamento passando alla system call una variabile locale, in modo
1167   da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che richiede che il valore di
1168   \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre prende un argomento aggiuntivo
1169 \param{sigmask} che è il puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali}
1170 maschera di segnali (si veda sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  La maschera
1171 corrente viene sostituita da questa immediatamente prima di eseguire l'attesa,
1172 e ripristinata al ritorno della funzione.
1173
1174 L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1175 \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando ci si deve porre in
1176 attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
1177 utilizzare il gestore per impostare una \index{variabili!globali} variabile
1178 globale e controllare questa nel corpo principale del programma; abbiamo visto
1179 in sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili
1180 \itindex{race~condition} \textit{race condition}, per cui diventa essenziale
1181 utilizzare \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima
1182 di eseguire il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative
1183 operazioni, onde evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il
1184 controllo, che andrebbe perso.
1185
1186 Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
1187 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1188 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1189 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1190 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1191 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1192 qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
1193 se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
1194 interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
1195
1196 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1197 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1198 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1199   kernel 2.6.16, non era presente la relativa system call, e la funzione era
1200   implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man
1201     select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
1202   \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una
1203   soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe
1204     trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes})
1205   ed usare \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare
1206   l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del
1207   gestore dello stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima
1208   della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla
1209   presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così
1210 che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1211 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1212 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1213 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1214 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1215
1216
1217 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1218 \label{sec:file_poll}
1219
1220 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1221 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
1222 interfaccia, basata sulla funzione \funcd{poll},\footnote{la funzione è
1223   prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
1224   call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
1225 cui prototipo è:
1226 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1227   {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
1228   
1229   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1230   descriptor.
1231   
1232   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1233     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1234     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1235   \begin{errlist}
1236   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1237     degli insiemi.
1238   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1239   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1240     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1241   \end{errlist}
1242   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1243 \end{prototype}
1244
1245 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1246 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1247 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1248 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1249 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1250 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1251 immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1252 \textsl{non-bloccante}).
1253
1254 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1255 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1256 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1257 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1258 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1259 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1260 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1261 risultato.  Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
1262 struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
1263 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1264 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1265 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1266
1267 \begin{figure}[!htb]
1268   \footnotesize \centering
1269   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1270     \includestruct{listati/pollfd.h}
1271   \end{minipage} 
1272   \normalsize 
1273   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1274     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1275   \label{fig:file_pollfd}
1276 \end{figure}
1277
1278 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1279 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
1280 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1281 suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
1282 per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
1283 uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
1284 nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore. 
1285
1286 \begin{table}[htb]
1287   \centering
1288   \footnotesize
1289   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1290     \hline
1291     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1292     \hline
1293     \hline
1294     \const{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1295     \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1296     \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1297     \const{POLLPRI}   & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
1298                         urgenti.\\ 
1299     \hline
1300     \const{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1301     \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1302     \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1303     \hline
1304     \const{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1305     \const{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1306     \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1307                         socket.\footnotemark\\ 
1308     \const{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1309     \hline
1310     \const{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1311     \hline    
1312   \end{tabular}
1313   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1314     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1315   \label{tab:file_pollfd_flags}
1316 \end{table}
1317
1318 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1319   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1320   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1321   socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
1322   \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
1323   dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1324
1325 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1326 compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
1327 \textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
1328   presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
1329   delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
1330 costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
1331 \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In Linux la
1332 distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band} dei socket
1333 (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll}
1334 reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
1335 sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1336
1337 Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati
1338 normali e prioritari, vale a dire \const{POLLRDNORM}, \const{POLLWRNORM},
1339 \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND} fanno riferimento alle implementazioni
1340 in stile SysV (in particolare le ultime due non vengono usate su Linux), e
1341 sono utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1342 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di farlo sempre in testa al
1343   file, definirla soltanto prima di includere \headfile{sys/poll.h} non è
1344   sufficiente.}
1345
1346 In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
1347 positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
1348 o per i quali si è verificato un errore, nel qual caso vengono utilizzati i
1349 valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}. Un
1350 valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
1351 indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
1352 tramite \var{errno}.
1353
1354 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1355 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1356 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1357 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1358 \textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
1359 dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
1360 dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
1361     set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
1362   qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
1363   ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
1364   memoria.}
1365
1366 Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
1367   descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
1368 che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
1369 da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
1370 da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
1371 \func{poll}.
1372
1373 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1374 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1375 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1376 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1377 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1378
1379 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1380 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1381 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1382 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1383 prototipo è:
1384 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1385   {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
1386     const sigset\_t *sigmask)}
1387   
1388   La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1389   descriptor.
1390   
1391   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1392     in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1393     ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1394   \begin{errlist}
1395   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1396     degli insiemi.
1397   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1398   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1399     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1400   \end{errlist}
1401   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1402 \end{prototype}
1403
1404 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1405 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una
1406 \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali; questa sarà la maschera
1407 utilizzata per tutto il tempo che la funzione resterà in attesa, all'uscita
1408 viene ripristinata la maschera originale.  L'uso di questa funzione è cioè
1409 equivalente, come illustrato nella pagina di manuale, all'esecuzione atomica
1410 del seguente codice:
1411 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1412
1413 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1414 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1415 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1416 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la system
1417 call che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione viene interrotta
1418 da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come per \func{pselect}
1419 la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera questo
1420 comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout}.\footnote{anche
1421   se in questo caso non esiste nessuno standard che richiede questo
1422   comportamento.}
1423
1424
1425 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1426 \label{sec:file_epoll}
1427
1428 \itindbeg{epoll}
1429
1430 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1431 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1432 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1433   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1434   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1435   \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
1436 questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
1437 da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
1438 numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
1439
1440 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1441 eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
1442   sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
1443 trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
1444 delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1445 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1446 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1447 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1448 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1449 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1450 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1451
1452 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1453 specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
1454   in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
1455 informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
1456 attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
1457 prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
1458 osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
1459 presentano attività.
1460
1461 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1462 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1463   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1464   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1465   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1466 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1467 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1468 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1469 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1470 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1471 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1472 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1473 \textsl{pronto}.
1474
1475 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1476 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1477 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1478 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1479 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1480 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1481 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1482 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1483 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1484
1485 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1486 servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
1487   Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
1488   sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
1489 discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
1490 tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
1491   2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
1492   fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
1493   stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
1494   intorno a tutto ciò e niente di definito.}  \textit{epoll} è in grado di
1495 operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1496
1497 La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
1498 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1499 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
1500   dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
1501   file.} ma poi si è passati all'uso di apposite \textit{system call}.  Il
1502 primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello
1503 ottenere detto file descriptor chiamando una delle funzioni
1504 \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},\footnote{l'interfaccia di
1505   \textit{epoll} è stata inserita nel kernel a partire dalla versione 2.5.44,
1506   ed il supporto è stato aggiunto alle \acr{glibc} 2.3.2.} i cui prototipi
1507 sono:
1508 \begin{functions}
1509   \headdecl{sys/epoll.h}
1510
1511   \funcdecl{int epoll\_create(int size)}
1512   \funcdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1513   
1514   Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
1515   
1516   \bodydesc{Le funzioni restituiscono un file descriptor per \textit{epoll} in
1517     caso di successo, o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1518     assumerà uno dei valori:
1519   \begin{errlist}
1520   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1521     positivo o non valido per \param{flags}.
1522   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1523     nel sistema.
1524   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1525     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1526     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1527   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1528     l'istanza.
1529   \end{errlist}
1530 }
1531 \end{functions}
1532
1533 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor speciale,\footnote{esso
1534   non è associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali
1535   file descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un
1536   socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche
1537 \textit{epoll descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata
1538 dal kernel per gestire la notifica degli eventi. Nel caso di
1539 \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare l'indicazione del
1540 numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto controllo, e costituiva
1541 solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di risorse sufficienti,
1542 non un valore massimo.\footnote{ma a partire dal kernel 2.6.8 esso viene
1543   totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.}
1544
1545 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata
1546 introdotta\footnote{è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.27.} come
1547 estensione della precedente, per poter passare dei flag di controllo come
1548 maschera binaria in fase di creazione del file descriptor. Al momento l'unico
1549 valore legale per \param{flags} (a parte lo zero) è \const{EPOLL\_CLOEXEC},
1550 che consente di impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1551 \itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} (si veda il significato di
1552 \const{O\_CLOEXEC} in sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia
1553 necessaria una successiva chiamata a \func{fcntl}.
1554
1555 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1556 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1557 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
1558 \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1559 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1560   {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1561   
1562   Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
1563   
1564   \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
1565     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1566   \begin{errlist}
1567   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1568     validi.
1569   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1570     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1571   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1572     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1573     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1574   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1575     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1576   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1577     l'operazione richiesta.
1578   \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
1579   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1580     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1581     \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1582   \end{errlist}
1583 }
1584 \end{prototype}
1585
1586 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1587 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1588 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1589 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1590 delle operazioni cui fanno riferimento.
1591
1592 \begin{table}[htb]
1593   \centering
1594   \footnotesize
1595   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1596     \hline
1597     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1598     \hline
1599     \hline
1600     \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1601                              \param{fd} alla lista dei file descriptor
1602                              controllati tramite \param{epfd}, in
1603                              \param{event} devono essere specificate le
1604                              modalità di osservazione.\\
1605     \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1606                              descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1607                              \param{event}.\\
1608     \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1609                              dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1610     \hline    
1611   \end{tabular}
1612   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1613     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1614   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1615 \end{table}
1616
1617 % aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE con il kernel 3.7, vedi
1618 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1619
1620 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1621 \textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
1622 una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
1623 file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
1624 un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
1625 file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1626
1627 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1628 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1629 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1630 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1631 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1632 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1633   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1634   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1635   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1636   puntatore valido.}
1637
1638 \begin{figure}[!htb]
1639   \footnotesize \centering
1640   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
1641     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1642   \end{minipage} 
1643   \normalsize 
1644   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1645     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1646     \textit{epoll}.}
1647   \label{fig:epoll_event}
1648 \end{figure}
1649
1650 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1651 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1652 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1653 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1654 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1655
1656 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1657 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1658 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1659 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, è una \direct{union}
1660 che serve a identificare il file descriptor a cui si intende fare riferimento,
1661 ed in astratto può contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse
1662 forme) che ne permetta una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo
1663 però è quello in cui si specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl}
1664 nella forma \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo
1665 stesso valore dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata
1666 identificazione del file descriptor.
1667
1668 \begin{table}[htb]
1669   \centering
1670   \footnotesize
1671   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1672     \hline
1673     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1674     \hline
1675     \hline
1676     \const{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1677                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1678     \const{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1679                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1680     \const{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1681                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1682                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1683                           della stessa (vedi
1684                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1685     \const{EPOLLPRI}    & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
1686                           disponibili in lettura (analogo di
1687                           \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1688                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1689                           in ingresso.\\ 
1690     \const{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1691                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1692                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1693                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1694     \const{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1695                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1696                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1697     \const{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1698                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1699     \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1700                           descriptor associato.\footnotemark\\
1701     \hline    
1702   \end{tabular}
1703   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1704     \struct{epoll\_event}.}
1705   \label{tab:epoll_events}
1706 \end{table}
1707
1708 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1709   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo
1710   quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1711
1712 \footnotetext[48]{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel
1713   2.6.2.}
1714
1715 % TODO aggiunto EPOLLWAKEUP con il 3.5
1716
1717
1718 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1719 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
1720 \textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
1721 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
1722   chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
1723   una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
1724   grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
1725   funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
1726   le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
1727 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1728 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1729 osservazione.
1730
1731 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1732
1733 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1734 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1735 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1736 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  Si tenga
1737 presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
1738 su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
1739 notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
1740
1741 Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
1742 si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1743 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
1744 osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
1745 non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1746
1747 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1748 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1749 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1750 di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
1751   quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
1752 (ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
1753 condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
1754   logica \textit{edge triggered}.} 
1755
1756 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1757 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1758 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1759 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1760 automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
1761   ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
1762 essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
1763 chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1764
1765 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1766 i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
1767 di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1768 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1769   {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
1770     timeout)}
1771   
1772   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
1773   
1774   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1775     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1776     assumerà uno dei valori:
1777   \begin{errlist}
1778   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1779   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1780   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1781     della scadenza di \param{timeout}.
1782   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1783     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1784   \end{errlist}
1785 }
1786 \end{prototype}
1787
1788 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1789 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1790 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1791 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1792 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1793 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1794 con l'argomento \param{maxevents}.
1795
1796 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1797 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1798 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1799 indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
1800   caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
1801 un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
1802 un intero positivo.
1803
1804 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1805 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1806 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1807 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1808 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1809 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1810 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1811 identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
1812   è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
1813
1814 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1815 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1816 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1817 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1818 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1819 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1820 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1821 luce delle modifiche.
1822
1823 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1824 il ritorno di \func{epoll\_wait} indica che un file descriptor è pronto e
1825 resterà tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su
1826 di esso.  Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un
1827 errore di \errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una
1828 \func{write},\footnote{è opportuno ricordare ancora una volta che l'uso
1829   dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui file in modalità non
1830   bloccante.} ma questa non è la sola modalità possibile, ad esempio la
1831 condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono stati
1832 restituiti meno dati di quelli richiesti.
1833
1834 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1835 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1836 contemporaneamente per le osservazioni fatte in sez.~\ref{sec:file_select},
1837 per fare questo di nuovo è necessaria una variante della funzione di attesa
1838 che consenta di reimpostare all'uscita una \index{maschera~dei~segnali}
1839 maschera di segnali, analoga alle estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che
1840 abbiamo visto in precedenza per \func{select} e \func{poll}; in questo caso la
1841 funzione si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funziona è stata
1842   introdotta a partire dal kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di
1843   \textit{epoll}, specifica di Linux.} ed il suo prototipo è:
1844 \begin{prototype}{sys/epoll.h} 
1845   {int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1846     int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
1847
1848   Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando i
1849   segnali. 
1850
1851   \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1852     caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1853     assumerà uno dei valori già visti con \funcd{epoll\_wait}.
1854 }
1855 \end{prototype}
1856
1857 La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1858 uscita viene ripristinata la \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali
1859 originale, sostituita durante l'esecuzione da quella impostata con
1860 l'argomento \param{sigmask}; in sostanza la chiamata a questa funzione è
1861 equivalente al seguente codice, eseguito però in maniera atomica:
1862 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
1863
1864 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1865 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1866 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1867 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1868 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
1869 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
1870 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
1871
1872 \itindend{epoll}
1873
1874
1875 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
1876 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
1877
1878 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
1879 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
1880 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
1881 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili
1882 \itindex{race~condition} \textit{race condition} sono state introdotte
1883 estensioni dello standard POSIX e funzioni apposite come \func{pselect},
1884 \func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
1885
1886 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
1887 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
1888 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
1889 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
1890 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
1891 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
1892 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
1893 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
1894 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
1895 \textsl{sincrona}, come quelle dell'I/O multiplexing appena illustrate.
1896
1897 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
1898 gli eventi a cui vuole rispondere in maniera sincrona generando le opportune
1899 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
1900 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
1901 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
1902 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
1903 \itindex{race~condition} \textit{race conditions}.\footnote{in sostanza se non
1904   fossero per i segnali non ci sarebbe da doversi preoccupare, fintanto che si
1905   effettuano operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
1906   \index{system~call~lente} system call lente che vengono interrotte e devono
1907   essere riavviate.}
1908
1909 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
1910 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
1911 sincrona dei segnali con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
1912 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
1913 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
1914 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
1915 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
1916 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
1917 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
1918 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
1919 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
1920 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
1921
1922 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
1923 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
1924 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
1925 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
1926 opportuni file descriptor.\footnote{ovviamente si tratta di una funzionalità
1927   specifica di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista
1928   da nessuno standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.}
1929
1930 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
1931 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
1932 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
1933 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
1934 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
1935 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo
1936 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
1937 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
1938 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
1939
1940 La funzione che permette di abilitare la ricezione dei segnali tramite file
1941 descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella riportata è
1942   l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono infatti due
1943   versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
1944   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
1945   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
1946   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
1947   che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
1948   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
1949   \index{maschera~dei~segnali} maschera dei segnali, il cui valore viene
1950   impostato automaticamente dalle \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
1951 \begin{prototype}{sys/signalfd.h} 
1952   {int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
1953
1954   Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali. 
1955
1956   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
1957     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
1958     dei valori:
1959   \begin{errlist}
1960   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
1961   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
1962     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
1963   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
1964     descriptor di \func{signalfd}.
1965   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
1966     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
1967     descriptor.
1968   \end{errlist}
1969   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
1970 }
1971 \end{prototype}
1972
1973 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
1974 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
1975 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
1976 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
1977 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
1978 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
1979 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
1980 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
1981 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
1982
1983 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
1984 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
1985 puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali creata con
1986 l'uso delle apposite macro già illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La
1987 maschera deve indicare su quali segnali si intende operare con
1988 \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato con una successiva chiamata a
1989 \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e \signal{SIGSTOP} non possono
1990 essere intercettati (e non prevedono neanche la possibilità di un gestore) un
1991 loro inserimento nella maschera verrà ignorato senza generare errori.
1992
1993 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
1994 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
1995 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
1996 impostazione successiva con \func{fcntl}.\footnote{questo è un argomento
1997   aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
1998   per kernel precedenti il valore deve essere nullo.} L'argomento deve essere
1999 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2000 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2001
2002 \begin{table}[htb]
2003   \centering
2004   \footnotesize
2005   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2006     \hline
2007     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2008     \hline
2009     \hline
2010     \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2011                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2012     \const{SFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2013                            chiusura automatica del file descriptor nella
2014                            esecuzione di \func{exec}.\\
2015     \hline    
2016   \end{tabular}
2017   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2018     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2019   \label{tab:signalfd_flags}
2020 \end{table}
2021
2022 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2023 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2024 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2025 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2026 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2027 installato in precedenza).\footnote{il blocco non ha invece nessun effetto sul
2028   file descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile
2029   pertanto ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.}
2030 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2031 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2032 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2033 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2034 condizioni di gestione, né da un gestore né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2035
2036 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2037 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2038 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2039 \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2040 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2041
2042 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2043 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2044 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2045 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2046 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2047 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2048 soltanto una volta.\footnote{questo significa che tutti i file descriptor su
2049   cui è presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le
2050   funzioni di \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su
2051   uno di essi il segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non
2052   saranno più disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una
2053   ulteriore occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.}
2054
2055 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2056 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2057 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2058 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2059 imposto con \func{sigprocmask}.
2060
2061 Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
2062 descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
2063 sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2064 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2065 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2066 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
2067 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2068 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2069 pendenti attraverso una \func{exec}.
2070
2071 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2072 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2073 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2074 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2075 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2076 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2077 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2078 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2079
2080 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2081 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2082 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2083 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2084 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2085 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2086 successivo con \func{fcntl}.  
2087
2088 \begin{figure}[!htb]
2089   \footnotesize \centering
2090   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
2091     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2092   \end{minipage} 
2093   \normalsize 
2094   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2095     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2096   \label{fig:signalfd_siginfo}
2097 \end{figure}
2098
2099 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2100 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2101 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2102 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2103 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2104 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2105 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2106 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2107 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2108
2109 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
2110 analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2111 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2112 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2113 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2114 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2115   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2116   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2117
2118 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2119 della interfaccia di \itindex{epoll} \textit{epoll}, si è scritto un programma
2120 elementare che stampi sullo standard output sia quanto viene scritto da terzi
2121 su una \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il
2122 codice completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2123 \texttt{FifoReporter.c}).
2124
2125 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2126 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2127 l'uso di \itindex{epoll} \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire
2128 (\texttt{\small 12--16}) dalla definizione delle varie variabili e strutture
2129 necessarie. Al solito si è tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle
2130 opzioni che consentono ad esempio di cambiare il nome del file associato alla
2131 fifo.
2132
2133 \begin{figure}[!htbp]
2134   \footnotesize \centering
2135   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2136     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2137   \end{minipage} 
2138   \normalsize 
2139   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2140     \file{FifoReporter.c}.}
2141   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2142 \end{figure}
2143
2144 Il primo passo (\texttt{\small 19--20}) è la crezione di un file descriptor
2145 \texttt{epfd} di \itindex{epoll} \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è
2146 quello che useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario
2147 disabilitare la ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT},
2148 \signal{SIGQUIT} e \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite
2149 file descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22--25})
2150 in una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali \texttt{sigmask} che
2151 useremo con (\texttt{\small 26}) \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la
2152 stessa maschera si potrà per passare all'uso (\texttt{\small 28--29}) di
2153 \func{signalfd} per abilitare la notifica sul file descriptor
2154 \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30--33}) dovrà essere aggiunto con
2155 \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor controllati con \texttt{epfd}.
2156
2157 Occorrerà infine (\texttt{\small 35--38}) creare la \textit{named fifo} se
2158 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39--40}); una
2159 volta fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2160 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \itindex{epoll} \textit{epoll} in maniera
2161 del tutto analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei
2162 segnali.
2163
2164 \begin{figure}[!htbp]
2165   \footnotesize \centering
2166   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2167     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2168   \end{minipage} 
2169   \normalsize 
2170   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2171   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2172 \end{figure}
2173
2174 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2175 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2--45}) che si è riportato in
2176 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2177 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2178 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2--3}) la presenza di un file
2179 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait},\footnote{si ricordi che
2180   entrambi i file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in
2181   osservazioni per eventi di tipo \const{EPOLLIN}.} che si bloccherà fintanto
2182 che non siano stati scritti dati sulla fifo o che non sia arrivato un
2183 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2184   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2185   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2186   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2187   programma.}
2188
2189 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2190 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2191 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5--44}) sul numero
2192 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2193 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2194 del file descriptor riconosciuto come pronto.\footnote{controllando cioè a
2195   quale dei due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2196   \var{events[i].data.fd}.}
2197
2198 Il primo condizionale (\texttt{\small 6--24}) è relativo al caso che si sia
2199 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2200 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2201 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2202 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2203 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8--24}) che prosegue fintanto che vi
2204 siano dati da leggere.
2205
2206 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9--14}) se il valore di
2207 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2208 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2209 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2210 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati.\footnote{si ricordi come
2211   sia la fifo che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2212   modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2213   pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non
2214   vi saranno più dati da leggere.}
2215
2216 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2217 (\texttt{\small 19--20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2218 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf}\footnote{per la
2219   stampa si è usato il vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale
2220   corrisponde il nome del segnale avente il numero corrispondente, la cui
2221   definizione si è omessa dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init}
2222   per brevità.} ed il \textit{pid} del processo da cui lo ha ricevuto; inoltre
2223 (\texttt{\small 21--24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2224 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2225 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2226   fifo}.
2227  
2228 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26--39}) è invece relativo al caso in
2229 cui ci siano dati pronti in lettura sulla fifo e che il file descriptor pronto
2230 corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si effettueranno le
2231 letture in un ciclo (\texttt{\small 28--39}) ripetendole fin tanto che la
2232 funzione \func{read} non resituisce un errore di \errcode{EAGAIN}
2233 (\texttt{\small 29--35}).\footnote{il procedimento è lo stesso adottato per il
2234   file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in caso
2235   di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire si
2236   stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.} Se invece vi
2237 sono dati validi letti dalla fifo si inserirà (\texttt{\small 36}) una
2238 terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il tutto (\texttt{\small
2239   37--38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo condizionale
2240 (\texttt{\small 40--44}) è semplicemente una condizione di cattura per una
2241 eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta alla uscita
2242 dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2243
2244 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2245 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2246 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2247 \begin{Verbatim}
2248 piccardi@hain:~/gapil/sources$ ./a.out 
2249 FifoReporter starting, pid 4568
2250 \end{Verbatim}
2251 %$
2252 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2253 \begin{Verbatim}
2254 root@hain:~# echo prova > /tmp/reporter.fifo  
2255 \end{Verbatim}
2256 si otterrà:
2257 \begin{Verbatim}
2258 Message from fifo:
2259 prova
2260 end message
2261 \end{Verbatim}
2262 mentre inviando un segnale:
2263 \begin{Verbatim}
2264 root@hain:~# kill 4568
2265 \end{Verbatim}
2266 si avrà:
2267 \begin{Verbatim}
2268 Signal received:
2269 Got SIGTERM       
2270 From pid 3361
2271 \end{Verbatim}
2272 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2273 vedrà:
2274 \begin{Verbatim}
2275 ^\Signal received:
2276 Got SIGQUIT       
2277 From pid 0
2278 \end{Verbatim}
2279 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2280 \begin{Verbatim}
2281 ^CSignal received:
2282 Got SIGINT        
2283 From pid 0
2284 SIGINT means exit
2285 \end{Verbatim}
2286
2287
2288 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2289 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2290 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2291 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2292 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2293 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2294 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2295 timer.\footnote{in realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd}
2296   per ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia
2297   semplifica notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola
2298   \textit{system call}.}
2299
2300 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2301 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2302 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2303   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2304   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2305   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2306   supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2307   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2308   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione prevista, quella che
2309 consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui prototipo è:
2310 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2311   {int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2312
2313   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2314
2315   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2316     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2317     dei valori:
2318   \begin{errlist}
2319   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2320     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2321     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2322     precedenti il 2.6.27.
2323   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2324     descriptor di \func{signalfd}.
2325   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2326     dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
2327     descriptor.
2328   \end{errlist}
2329   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.  
2330 }
2331 \end{prototype}
2332
2333 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2334 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2335 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2336 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2337 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2338 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2339 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2340 restituito,\footnote{esso è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27, per
2341   le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve essere
2342 specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2343 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2344
2345 \begin{table}[htb]
2346   \centering
2347   \footnotesize
2348   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2349     \hline
2350     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2351     \hline
2352     \hline
2353     \const{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2354                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2355     \const{TFD\_CLOEXEC}&  imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2356                            chiusura automatica del file descriptor nella
2357                            esecuzione di \func{exec}.\\
2358     \hline    
2359   \end{tabular}
2360   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2361     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2362     descriptor.}  
2363   \label{tab:timerfd_flags}
2364 \end{table}
2365
2366 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2367 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2368 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2369 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec},\footnote{a
2370   meno che non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2371   \const{TFD\_CLOEXEC}.} e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2372 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2373 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2374 timer impostati con le funzioni ordinarie.\footnote{si ricordi infatti che,
2375   come illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali
2376   pendenti nel padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.}
2377
2378 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2379 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2380 periodicità di ripetizione, per farlo si usa la funzione omologa di
2381 \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2382 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2383 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2384   {int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2385                            const struct itimerspec *new\_value,
2386                            struct itimerspec *old\_value)}
2387
2388   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2389
2390   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2391     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2392     dei valori:
2393   \begin{errlist}
2394   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2395     descriptor. 
2396   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2397     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2398     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2399   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2400     puntatori validi.
2401   \end{errlist}
2402 }
2403 \end{prototype}
2404
2405 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2406 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2407 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2408 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2409 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2410 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2411
2412 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2413 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2414 ripetere quanto detto in quell'occasione;\footnote{per brevità si ricordi che
2415   con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2416   con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.}  l'unica differenza
2417 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2418 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2419 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2420 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e
2421 \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}.\footnote{anche questo valore, che è l'analogo di
2422   \const{TIMER\_ABSTIME} è l'unico attualmente possibile per \param{flags}.}
2423
2424 L'ultima funzione prevista dalla nuova interfaccia è \funcd{timerfd\_gettime},
2425 che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo prototipo è:
2426 \begin{prototype}{sys/timerfd.h} 
2427   {int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2428
2429   Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica. 
2430
2431   \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
2432     successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
2433     dei valori:
2434   \begin{errlist}
2435   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2436     descriptor. 
2437   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2438     con \func{timerfd\_create}.
2439   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2440   \end{errlist}
2441 }
2442 \end{prototype}
2443
2444
2445
2446
2447
2448 Questo infatti diverrà pronto in lettura per tutte le varie funzioni dell'I/O
2449 multiplexing in presenza di una o più scadenze del timer ad esso associato.
2450
2451 Inoltre sarà possibile ottenere il numero di volte che il timer è scaduto
2452 dalla ultima impostazione
2453
2454 che può essere
2455 usato per leggere le notifiche delle scadenze dei timer. Queste possono essere
2456 ottenute leggendo in maniera ordinaria il file descriptor con una \func{read}, 
2457
2458
2459
2460
2461 % TODO trattare qui eventfd, timerfd introdotte con il 2.6.22 
2462 % timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
2463 % vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
2464 %       http://lwn.net/Articles/245533/
2465 %       http://lwn.net/Articles/267331/
2466
2467
2468 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2469 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2470
2471 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2472 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2473 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2474 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2475 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2476 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2477 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2478 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2479 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
2480 \textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
2481 operazioni di I/O volute.
2482
2483
2484 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2485 \label{sec:signal_driven_io}
2486
2487 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2488
2489 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2490 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2491 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2492 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2493 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2494   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2495   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2496 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2497 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2498 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2499 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2500 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2501 questo modo.
2502
2503 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità\footnote{si
2504   tenga presente però che essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo
2505   con socket, file di terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal
2506   kernel 2.6, anche per fifo e pipe.} il sistema genera un apposito segnale,
2507 \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa possibile leggere o scrivere dal
2508 file descriptor che si è posto in questa modalità. Inoltre è possibile, come
2509 illustrato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando
2510 \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi
2511 dovrà ricevere il segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le
2512 operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la
2513 necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai
2514 file.
2515
2516 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2517
2518 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2519 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2520 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
2521 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2522   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2523   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2524   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2525   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2526 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2527 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2528 buone prestazioni.
2529
2530 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2531 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2532 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2533 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2534 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2535 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2536 verrebbero notificati una volta sola.
2537
2538 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
2539 accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
2540 In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
2541 restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
2542 estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2543 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2544 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2545
2546 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
2547 (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
2548 \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
2549 I/O asincrono (il segnale predefinito è \signal{SIGIO}). In questo caso il
2550 gestore, tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del campo
2551 \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia il
2552   segnale che si è associato all'I/O, ed indica appunto che il segnale è stato
2553   generato a causa di attività di I/O.} di \struct{siginfo\_t}, troverà nel
2554 campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato il segnale.
2555
2556 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
2557 ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
2558 file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella
2559 risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali real-time supportano
2560 anche questa funzionalità. In questo modo si può identificare immediatamente
2561 un file su cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di
2562 funzioni come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura
2563 la coda.
2564
2565 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2566 più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
2567 suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
2568 in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
2569 diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
2570 impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
2571 identica al valore massimo del numero di file descriptor
2572 utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
2573   \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2574   \sysctlfile{fs/file-max}.}
2575
2576 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2577
2578 \itindend{signal~driven~I/O}
2579
2580
2581
2582 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2583 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2584
2585 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2586 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La
2587 risposta\footnote{o meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ
2588   \cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
2589     Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
2590 possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
2591 classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
2592 \textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
2593 motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2594 modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
2595   \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
2596   programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
2597 configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
2598 modifiche.
2599
2600 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2601 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2602 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2603 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2604 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2605 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2606 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2607 lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
2608 nessuna funzionalità di notifica.
2609
2610 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2611 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2612 interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
2613 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2614 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2615 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2616 \itindex{polling} \textit{polling}.
2617
2618 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2619 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2620 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2621 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2622 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2623 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2624 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2625
2626 \itindbeg{file~lease} 
2627
2628 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2629 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2630   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2631 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2632 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2633 \textit{lease}.
2634 La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in precedenza per
2635 l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al \textit{lease holder}
2636 il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere modificato usando il
2637 comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}.\footnote{anche in questo caso si
2638   può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}.} Se si è fatto questo\footnote{è
2639   in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per utilizzare segnali
2640   real-time.} e si è installato il gestore del segnale con \const{SA\_SIGINFO}
2641 si riceverà nel campo \var{si\_fd} della struttura \struct{siginfo\_t} il
2642 valore del file descriptor del file sul quale è stato compiuto l'accesso; in
2643 questo modo un processo può mantenere anche più di un \textit{file lease}.
2644
2645 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2646 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2647 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2648 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2649 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2650 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2651
2652 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2653 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2654 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2655 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2656 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2657 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2658 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2659 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2660
2661 \begin{table}[htb]
2662   \centering
2663   \footnotesize
2664   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2665     \hline
2666     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2667     \hline
2668     \hline
2669     \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2670     \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2671     \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2672     \hline    
2673   \end{tabular}
2674   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2675     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2676     \const{F\_GETLEASE}.} 
2677   \label{tab:file_lease_fctnl}
2678 \end{table}
2679
2680 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2681 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2682 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2683 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2684 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2685 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2686
2687 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2688 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2689 (pipe e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non privilegiato
2690 può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
2691 \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2692 privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
2693 \const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
2694 \textit{lease} su qualunque file.
2695
2696 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2697 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2698 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2699   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2700     lease}.} la funzione si blocca\footnote{a meno di non avere aperto il file
2701   con \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore
2702   di \errcode{EWOULDBLOCK}.} e viene eseguita la notifica al \textit{lease
2703   holder}, così che questo possa completare le sue operazioni sul file e
2704 rilasciare il \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si
2705 rilevano i tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un
2706 altro processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i
2707 tentativi di accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di
2708 notifica avvengono solo in fase di apertura del file e non sulle singole
2709 operazioni di lettura e scrittura.
2710
2711 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2712 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2713 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2714 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2715 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2716 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2717 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2718 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2719 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2720 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2721 \const{F\_RDLCK}.
2722
2723 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2724 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2725 \sysctlfile{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
2726 declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
2727   evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
2728   acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
2729 rilasciato o declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal
2730 kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
2731 \textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2732
2733 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2734 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2735 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2736 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2737   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2738   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2739   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2740   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2741 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2742
2743 \itindbeg{dnotify}
2744
2745 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2746 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2747   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2748   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2749   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2750 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2751 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2752 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2753 può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
2754   precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
2755 come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
2756 descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2757 \struct{siginfo\_t}.
2758
2759 \itindend{file~lease}
2760
2761 \begin{table}[htb]
2762   \centering
2763   \footnotesize
2764   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2765     \hline
2766     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2767     \hline
2768     \hline
2769     \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2770                          \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2771     \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2772                          fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2773                          \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2774     \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2775                          l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2776                          \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2777                          \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2778                          directory).\\
2779     \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2780                          l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2781                          (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2782     \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2783                          directory (con \func{rename}).\\
2784     \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2785                          l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2786                          \func{utime}.\\ 
2787     \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2788                          eventi.\\ 
2789     \hline    
2790   \end{tabular}
2791   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2792     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2793   \label{tab:file_notify}
2794 \end{table}
2795
2796 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2797 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2798 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2799 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2800 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2801 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2802 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2803
2804 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2805 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2806 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2807 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2808 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2809 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2810 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2811 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2812 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2813 specificare un valore nullo.
2814
2815 \itindbeg{inotify}
2816
2817 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2818 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2819 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2820 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2821 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2822 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2823 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2824
2825 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2826 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2827 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2828 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2829 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2830 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2831 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2832 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2833 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2834
2835 \itindend{dnotify}
2836
2837 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2838 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2839 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2840   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
2841 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2842 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2843 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2844 di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}.  La
2845 coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
2846 prototipo è:
2847 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2848   {int inotify\_init(void)}
2849   
2850   Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
2851   
2852   \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
2853     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2854   \begin{errlist}
2855   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
2856     \textit{inotify} consentite all'utente.
2857   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
2858     nel sistema.
2859   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
2860     l'istanza.
2861   \end{errlist}
2862 }
2863 \end{prototype}
2864
2865 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
2866 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
2867 effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
2868   di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
2869   istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
2870   questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2871   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
2872 descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
2873 utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
2874 osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
2875 directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
2876 file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
2877 eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
2878   \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
2879   su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
2880
2881 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
2882 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
2883 con l'interfaccia di \textit{epoll};\footnote{ed a partire dal kernel 2.6.25 è
2884   stato introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
2885   \texttt{signal-driven I/O} trattato in sez.~\ref{sec:signal_driven_io}.}
2886 siccome gli eventi vengono notificati come dati disponibili in lettura, dette
2887 funzioni ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica. Così,
2888 invece di dover utilizzare i segnali,\footnote{considerati una pessima scelta
2889   dal punto di vista dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione
2890 degli eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
2891 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
2892 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
2893 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate.
2894
2895 Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
2896 osservazione, oltre che una directory, anche singoli file.  Una volta creata
2897 la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto
2898 osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione}
2899 (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
2900 osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
2901 \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
2902 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2903   {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
2904
2905   Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
2906
2907   \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
2908     $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2909   \begin{errlist}
2910   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
2911   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
2912     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
2913   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
2914     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
2915   \end{errlist}
2916   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
2917 \end{prototype}
2918
2919 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
2920 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
2921 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
2922 nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
2923   descriptor creato con \func{inotify\_init}.}  Il file o la directory da
2924 porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
2925 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
2926 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
2927 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
2928 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
2929   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
2930   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2931   \sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
2932 un solo file descriptor.
2933
2934 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
2935 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
2936 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
2937 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
2938 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
2939 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
2940 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
2941 flag della prima parte.
2942
2943 \begin{table}[htb]
2944   \centering
2945   \footnotesize
2946   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
2947     \hline
2948     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
2949     \hline
2950     \hline
2951     \const{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
2952                                           lettura.\\  
2953     \const{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
2954                                           dell'inode (o sugli attributi
2955                                           estesi, vedi
2956                                           sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
2957     \const{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2958                                           scrittura.\\  
2959     \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2960                                           sola lettura.\\
2961     \const{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
2962                                           directory in una directory sotto
2963                                           osservazione.\\  
2964     \const{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
2965                                           directory in una directory sotto
2966                                           osservazione.\\ 
2967     \const{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
2968                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2969     \const{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
2970     \const{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
2971                                           directory) sotto osservazione.\\ 
2972     \const{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
2973                                           directory sotto osservazione.\\ 
2974     \const{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
2975                                           directory sotto osservazione.\\ 
2976     \const{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
2977     \hline    
2978     \const{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
2979                                           \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
2980                                           \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
2981     \const{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
2982                                           \const{IN\_MOVED\_FROM} e
2983                                           \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
2984     \const{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
2985                                           possibili.\\
2986     \hline    
2987   \end{tabular}
2988   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
2989     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
2990     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
2991   \label{tab:inotify_event_watch}
2992 \end{table}
2993
2994 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
2995 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
2996 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
2997 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
2998   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
2999   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3000 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3001 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3002 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3003
3004 \begin{table}[htb]
3005   \centering
3006   \footnotesize
3007   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3008     \hline
3009     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3010     \hline
3011     \hline
3012     \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3013                               link simbolico.\\
3014     \const{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3015                               nell'argomento \param{mask}, invece di
3016                               sovrascriverli.\\
3017     \const{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
3018                               sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
3019                                 list}.\\ 
3020     \const{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3021                               soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3022                               quelli per i file che contiene.\\ 
3023     \hline    
3024   \end{tabular}
3025   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3026     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3027     modalità di osservazione.} 
3028   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3029 \end{table}
3030
3031 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3032 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3033 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3034 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3035 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3036
3037 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3038 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3039 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3040 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3041 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3042 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3043 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3044 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3045 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3046
3047 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3048 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3049   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3050 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3051 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3052 sarà più notificato.
3053
3054 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3055 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3056 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3057 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3058 la eventuale rimozione dello stesso. 
3059
3060 La seconda funzione per la gestione delle code di notifica, che permette di
3061 rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch}, ed il suo
3062 prototipo è:
3063 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
3064   {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3065
3066   Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
3067   
3068   \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
3069     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3070   \begin{errlist}
3071   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3072     valido.
3073   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3074     non è associato ad una coda di notifica.
3075   \end{errlist}
3076 }
3077 \end{prototype}
3078
3079 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3080 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3081 \param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
3082   valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
3083   di \errval{EINVAL}.} in caso di successo della rimozione, contemporaneamente
3084 alla cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3085 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3086 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3087 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3088 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3089 \func{inotify\_rm\_watch}.
3090
3091 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3092 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3093 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3094 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3095 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3096 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3097 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3098 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3099
3100 \begin{figure}[!htb]
3101   \footnotesize \centering
3102   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3103     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3104   \end{minipage} 
3105   \normalsize 
3106   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3107     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3108   \label{fig:inotify_event}
3109 \end{figure}
3110
3111 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3112 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3113 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
3114 lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3115 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3116   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3117   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3118 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3119 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3120 il numero di file che sono cambiati.
3121
3122 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3123 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3124 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3125 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3126 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3127 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3128 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3129 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori
3130 aggiuntivi\footnote{questi compaiono solo nel campo \var{mask} di
3131   \struct{inotify\_event}, e  non utilizzabili in fase di registrazione
3132   dell'osservatore.} di tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}.
3133
3134 \begin{table}[htb]
3135   \centering
3136   \footnotesize
3137   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3138     \hline
3139     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3140     \hline
3141     \hline
3142     \const{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3143                              esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3144                              che in maniera implicita per la rimozione 
3145                              dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3146                              filesystem su cui questo si trova.\\
3147     \const{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3148                              (consente così di distinguere, quando si pone
3149                              sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3150                              relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3151                              essa contiene).\\
3152     \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3153                              eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3154                              caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3155     \const{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3156                              osservazione è stato smontato.\\
3157     \hline    
3158   \end{tabular}
3159   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3160     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3161   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3162 \end{table}
3163
3164 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima specificata dal
3165   parametro di sistema \sysctlfile{fs/inotify/max\_queued\_events} che
3166   indica il numero massimo di eventi che possono essere mantenuti sulla
3167   stessa; quando detto valore viene ecceduto gli ulteriori eventi vengono
3168   scartati, ma viene comunque generato un evento di tipo
3169   \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3170
3171 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3172 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3173 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3174 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3175 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3176
3177 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3178 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3179 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3180 (come \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativo alla directory
3181 osservata) e la relativa dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre
3182 restituito come stringa terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione,
3183 a seconda di eventuali necessità di allineamento del risultato, ed il valore
3184 di \var{len} corrisponde al totale della dimensione di \var{name}, zeri
3185 aggiuntivi compresi. La stringa con il nome del file viene restituita nella
3186 lettura subito dopo la struttura \struct{inotify\_event}; questo significa che
3187 le dimensioni di ciascun evento di \textit{inotify} saranno pari a
3188 \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) + len}.
3189
3190 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3191 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3192 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3193 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3194 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3195 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3196
3197 \begin{figure}[!htbp]
3198   \footnotesize \centering
3199   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3200     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3201   \end{minipage}
3202   \normalsize
3203   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3204   \label{fig:inotify_monitor_example}
3205 \end{figure}
3206
3207 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo principale del
3208 programma inizia controllando (\texttt{\small 11--15}) che sia rimasto almeno
3209 un argomento che indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e
3210 qualora questo non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che
3211 passa (\texttt{\small 16--20}) all'inizializzazione di \textit{inotify}
3212 ottenendo con \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (oppure usce in
3213 caso di errore).
3214
3215 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21--30}) alla coda di
3216 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3217 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3218 (\texttt{\small 22--29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3219 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3220 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3221 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3222 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3223 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3224 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3225
3226 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3227 (\texttt{\small 32--56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3228 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3229 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3230 si saranno verificati eventi. 
3231
3232 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3233 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3234 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3235 approssimativamente 512 eventi.\footnote{si ricordi che la quantità di dati
3236   restituita da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza
3237   del nome del file restituito insieme a \struct{inotify\_event}.} In caso di
3238 errore di lettura (\texttt{\small 35--40}) il programma esce con un messaggio
3239 di errore (\texttt{\small 37--39}), a meno che non si tratti di una
3240 interruzione della system call, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la
3241 lettura.
3242
3243 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3244   43--52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3245 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3246 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3247 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna\footnote{si
3248   noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del puntatore.} alla
3249 variabile \var{event} l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3250 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3251 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3252 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3253 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3254 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3255
3256 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3257 si stampa (\texttt{\small 47--49}); si noti come in questo caso si sia
3258 utilizzato il valore del campo \var{event->len} e non al fatto che
3259 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo.\footnote{l'interfaccia
3260   infatti, qualora il nome non sia presente, non avvalora il campo
3261   \var{event->name}, che si troverà a contenere quello che era precedentemente
3262   presente nella rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il
3263   puntatore al nome di un file osservato in precedenza.} Si utilizza poi
3264 (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che interpreta il valore
3265 del campo \var{event->mask} per stampare il tipo di eventi
3266 accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto non
3267   essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare direttamente
3268   i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si provvede ad
3269 aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento successivo.
3270
3271 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3272 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3273 tipo di:
3274 \begin{verbatim}
3275 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ ./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/
3276 Watch descriptor 1
3277 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3278 IN_OPEN, 
3279 Watch descriptor 1
3280 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3281 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3282 \end{verbatim}
3283
3284 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3285 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3286 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3287 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3288 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3289 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3290 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3291 tale evenienza non si verificherà mai.
3292
3293 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3294 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3295 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3296 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3297 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3298 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3299 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3300 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3301   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3302   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3303   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3304   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3305 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3306 chiamata di \func{read}.
3307
3308 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3309 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3310 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3311 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3312 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3313 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3314 raggruppati in un solo evento.
3315
3316 \itindend{inotify}
3317
3318 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3319 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3320
3321
3322 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3323 \label{sec:file_asyncronous_io}
3324
3325 % vedere anche http://davmac.org/davpage/linux/async-io.html  e
3326 % http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/ 
3327
3328
3329 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3330 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3331   asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
3332 di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
3333 così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad esempio
3334 possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
3335 effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3336
3337 Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
3338 varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
3339 le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente} system call lente), essa è
3340 comunque limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor per le
3341 operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime.  Lo
3342 standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
3343 e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e la
3344 scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3345 normalmente.
3346
3347 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3348 implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
3349 di \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti
3350 esiste una implementazione di questa interfaccia fornita delle \acr{glibc},
3351 che è realizzata completamente in user space, ed è accessibile linkando i
3352 programmi con la libreria \file{librt}. Nelle versioni più recenti (a partire
3353 dalla 2.5.32) è stato introdotto direttamente nel kernel un nuovo layer per
3354 l'I/O asincrono.
3355
3356 Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
3357 attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui nome sta per
3358 \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
3359 tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
3360 \headfile{aio.h}, è riportata in fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
3361 definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
3362 disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
3363
3364 \begin{figure}[!htb]
3365   \footnotesize \centering
3366   \begin{minipage}[c]{\textwidth}
3367     \includestruct{listati/aiocb.h}
3368   \end{minipage} 
3369   \normalsize 
3370   \caption{La struttura \structd{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
3371     asincrono.}
3372   \label{fig:file_aiocb}
3373 \end{figure}
3374
3375 Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
3376 aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek}, pertanto
3377 terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
3378 contemporanee effettuabili su un singolo file.  Ogni operazione deve
3379 inizializzare opportunamente un \textit{control block}.  Il file descriptor su
3380 cui operare deve essere specificato tramite il campo \var{aio\_fildes}; dato
3381 che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il concetto
3382 di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto si deve sempre
3383 specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione sul file da cui i dati
3384 saranno letti o scritti.  Nel campo \var{aio\_buf} deve essere specificato
3385 l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in \var{aio\_nbytes} la lunghezza
3386 del blocco di dati da trasferire.
3387
3388 Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
3389 di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
3390   piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
3391   le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
3392   \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
3393 partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
3394 cui viene sottratto il valore di questo campo.  Il campo
3395 \var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
3396 come vedremo, permette di eseguire con una sola chiamata una serie di
3397 operazioni, usando un vettore di \textit{control block}. Tramite questo campo
3398 si specifica quale è la natura di ciascuna di esse.
3399
3400 Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
3401 (illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
3402 modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
3403 operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
3404 stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
3405
3406 Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
3407 \funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}.  Esse permettono di richiedere una
3408 lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \struct{aiocb}
3409 appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
3410 \begin{functions}
3411   \headdecl{aio.h}
3412
3413   \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
3414   Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
3415
3416   \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
3417   Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
3418   \param{aiocbp}.
3419   
3420   \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3421     errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3422   \begin{errlist}
3423   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
3424   \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3425   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per i campi
3426     \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
3427   \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
3428   \end{errlist}
3429 }
3430 \end{functions}
3431
3432 Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
3433 richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
3434 \errcode{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
3435 potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
3436 scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
3437 il file non sia stato aperto in \itindex{append~mode} \textit{append mode}
3438 (vedi sez.~\ref{sec:file_open_close}), nel qual caso le scritture vengono
3439 effettuate comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a
3440 \func{aio\_write}.
3441
3442 Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
3443 \param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
3444 operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
3445 campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
3446 richiesta.  Questo comporta che non si devono usare per \param{aiocbp}
3447 \index{variabili!automatiche} variabili automatiche e che non si deve
3448 riutilizzare la stessa struttura per un'altra operazione fintanto che la
3449 precedente non sia stata ultimata. In generale per ogni operazione si deve
3450 utilizzare una diversa struttura \struct{aiocb}.
3451
3452 Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
3453 \func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
3454 eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
3455 altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
3456 prima è \funcd{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
3457 errore; il suo prototipo è:
3458 \begin{prototype}{aio.h}
3459   {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}  
3460
3461   Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
3462   \param{aiocbp}.
3463   
3464   \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
3465     successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
3466     fallimento.}
3467 \end{prototype}
3468
3469 Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
3470 \errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
3471 conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
3472 verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
3473 codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
3474 errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
3475 dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
3476 del caso, i codici di errore delle system call \func{read}, \func{write} e
3477 \func{fsync}.
3478
3479 Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
3480 che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
3481 \errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
3482 permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
3483 suo prototipo è:
3484 \begin{prototype}{aio.h}
3485 {ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)} 
3486
3487 Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
3488 \param{aiocbp}.
3489   
3490 \bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
3491   eseguita.}
3492 \end{prototype}
3493
3494 La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
3495 asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
3496 associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
3497 l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
3498 precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
3499
3500 La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
3501 così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
3502 scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}).  É importante chiamare sempre
3503 questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
3504 asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
3505 esaurimento.
3506
3507 Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
3508 disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O,
3509 compiuta dalla funzione \funcd{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
3510 analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
3511 è:
3512 \begin{prototype}{aio.h}
3513 {int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)} 
3514
3515 Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
3516   
3517 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
3518   errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
3519   \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{EINVAL}.}
3520 \end{prototype}
3521
3522 La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
3523 immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
3524 verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
3525 di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
3526 modalità di esecuzione, se si specifica il valore \const{O\_DSYNC} le
3527 operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
3528 specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
3529 sez.~\ref{sec:file_sync}).
3530
3531 Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
<