1 \chapter{La gestione avanzata dei file}
2 \label{cha:file_advanced}
4 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
5 dei file, che non sono state trattate in \capref{cha:file_unix_interface},
6 dove ci si è limitati ad una panoramica delle funzioni base. In particolare
7 tratteremo delle funzioni di input/output avanzato e del \textit{file
11 \section{Le funzioni di I/O avanzato}
12 \label{sec:file_advanced_io}
14 In questa sezione esamineremo le funzioni che permettono una gestione più
15 sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle che permettono di gestire
16 l'accesso contemporaneo a più file, per concludere con la gestione dell'I/O
20 \subsection{La modalità di I/O \textsl{non-bloccante}}
21 \label{sec:file_noblocking}
23 Abbiamo visto in \secref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
24 \textit{fast} e \textit{slow} system call, che in certi casi le funzioni di
25 I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si ricordi però che questo può
26 accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni file di dispositivo; sui file
27 normali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad
28 esempio le operazioni di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati
29 disponibili sul descrittore su cui si sta operando.
31 Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
32 affrontare nelle operazioni di I/O, che è quello che si verifica quando si
33 devono eseguire operazioni che possono bloccarsi su più file descriptor:
34 mentre si è bloccati su uno di essi su di un'altro potrebbero essere presenti
35 dei dati; così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura ritardata
36 inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un deadlock.
38 Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile prevenire
39 questo tipo di comportamento aprendo un file in modalità
40 \textsl{non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \macro{O\_NONBLOCK} nella
41 chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output che
42 altrimenti si sarebbero bloccate ritornano immediatamente, restituendo
43 l'errore \macro{EAGAIN}.
45 L'utilizzo di questa modalità di I/O permette di risolvere il problema
46 controllando a turno i vari file descriptor, in un ciclo in cui si ripete
47 l'accesso fintanto che esso non viene garantito. Ovviamente questa tecnica,
48 detta \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
49 impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle system call che
50 nella gran parte dei casi falliranno. Per evitare questo, come vedremo in
51 \secref{sec:file_multiplexing}, è stata introdotta una nuova interfaccia di
52 programmazione, che comporta comunque l'uso della modalità di I/O non
57 \subsection{L'I/O multiplexing}
58 \label{sec:file_multiplexing}
60 Per superare il problema di dover usare il \textit{polling} per controllare la
61 possibilità di effettuare operazioni su un file aperto in modalità non
62 bloccante, sia BSD che System V hanno introdotto delle nuove funzioni in grado
63 di sospendere l'esecuzione di un processo in attesa che l'accesso diventi
64 possibile. Il primo ad introdurre questa modalità di operazione, chiamata
65 usualmente \textit{I/O multiplexing}, è stato BSD,\footnote{la funzione è
66 apparsa in BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i
67 sistemi che supportano i \textit{socket}, compreso le varianti di System V.}
68 con la funzione \func{select}, il cui prototipo è:
71 \headdecl{sys/types.h}
73 \funcdecl{int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
74 *exceptfds, struct timeval *timeout)}
76 Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
79 \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
80 descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
81 caso \var{errno} viene settata ai valori:
83 \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
85 \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
86 \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
88 ed inoltre \macro{ENOMEM}.
92 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
93 \tabref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
94 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
95 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
98 Per specificare quali file descriptor si intende \textsl{selezionare}, la
99 funzione usa un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set},
100 identificato dal tipo \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di
101 file descriptor, (in maniera analoga a come un \textit{signal set}, vedi
102 \secref{sec:sig_sigset}, identifica un insieme di segnali). Per la
103 manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
104 opportune macro di preprocessore:
106 \headdecl{sys/time.h}
107 \headdecl{sys/types.h}
109 \funcdecl{FD\_ZERO(fd\_set *set)}
110 Inizializza l'insieme (vuoto).
112 \funcdecl{FD\_SET(int fd, fd\_set *set)}
113 Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
115 \funcdecl{FD\_CLR(int fd, fd\_set *set)}
116 Rimuove il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
118 \funcdecl{FD\_ISSET(int fd, fd\_set *set)}
119 Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
122 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
123 \macro{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
124 al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
125 fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma
126 quando, come nelle versioni più recenti del kernel, non c'è più un limite
127 massimo, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
130 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
131 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
132 effettuare una lettura, il secondo, \param{writefds}, per verificare la
133 possibilità effettuare una scrittura ed il terzo, \param{exceptfds}, per
134 verificare l'esistenza di condizioni eccezionali (come i messaggi urgenti su
135 un \textit{socket}\index{socket}, vedi \secref{sec:xxx_urgent}).
137 La funzione inoltre richiede anche di specificare, tramite l'argomento
138 \param{n}, un valore massimo del numero dei file descriptor usati
139 nell'insieme; si può usare il già citato \macro{FD\_SETSIZE}, oppure il numero
140 più alto dei file descriptor usati nei tre insiemi, aumentato di uno.
142 Infine l'argomento \param{timeout}, specifica un tempo massimo di
143 attesa\footnote{il tempo è valutato come \textit{elapsed time}.} prima che la
144 funzione ritorni; se settato a \macro{NULL} la funzione attende
145 indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una \var{struct
146 timeval} con i campi settati a zero), qualora si voglia semplicemente
147 controllare lo stato corrente dei file descriptor.
149 La funzione restituisce il totale dei file descriptor pronti nei tre insiemi,
150 il valore zero indica sempre che si è raggiunto un timeout. Ciascuno dei tre
151 insiemi viene sovrascritto per indicare quale file descriptor è pronto per le
152 operazioni ad esso relative, in modo da poterlo controllare con la macro
153 \macro{FD\_ISSET}. In caso di errore la funzione restituisce -1 e gli insiemi
156 In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout}, settandolo
157 al tempo restante; questo è utile quando la funzione viene interrotta da un
158 segnale, in tal caso infatti si ha un errore di \macro{EINTR}, ed occorre
159 rilanciare la funzione; in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le
160 volte il tempo rimanente.\footnote{questo può causare problemi di portabilità
161 sia quando si trasporta codice scritto su Linux che legge questo valore, sia
162 quando si usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di
163 questa caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In
164 genere la caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da System V
165 e non disponibile per quelli che derivano da BSD.}
167 Come accennato l'interfaccia di \func{select} è una estensione di BSD; anche
168 System V ha introdotto una sua interfaccia per gestire l'\textit{I/O
169 multiplexing}, basata sulla funzione \func{poll},\footnote{la funzione è
170 prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
171 call a partire dal kernel 2.1.23 e dalle \acr{libc} 5.4.28.} il cui prototipo è:
172 \begin{prototype}{sys/poll.h}
173 {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
175 La funzione attente un cambiamento di stato per uno dei file descriptor
176 specificati da \param{ufds}.
178 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività in
179 caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout; in caso di errore viene
180 restituito -1 ed \var{errno} viene settata ai valori:
182 \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
184 \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
186 ed inoltre \macro{EFAULT} e \macro{ENOMEM}.}
189 La funzione tiene sotto controllo un numero \param{ndfs} di file descriptor
190 specificati attraverso un vettore di puntatori a strutture di tipo
191 \type{pollfd}, la cui definizione è riportata in \figref{fig:file_pollfd}.
192 Come \func{select} anche \func{poll} permette di interrompere l'attesa dopo un
193 certo tempo, che va specificato attraverso \param{timeout} in numero di
194 millisecondi (un valore negativo indica un'attesa indefinita).
197 \footnotesize \centering
198 \begin{minipage}[c]{15cm}
199 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
201 int fd; /* file descriptor */
202 short events; /* requested events */
203 short revents; /* returned events */
208 \caption{La struttura \type{pollfd}, utilizzata per specificare le modalità
209 di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
210 \label{fig:file_pollfd}
213 Per ciascun file da controllare deve essere opportunamente predisposta una
214 struttura \type{pollfd}; nel campo \var{fd} deve essere specificato il file
215 descriptor, mentre nel campo \var{events} il tipo di evento su cui si vuole
216 attendere; quest'ultimo deve essere specificato come maschera binaria dei
217 primi tre valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags} (gli altri
218 vengono utilizzati solo per \var{revents} come valori in uscita).
223 \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
225 \textbf{Flag} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
228 \macro{POLLIN} & 0x001 & È possibile la lettura immediata.\\
229 \macro{POLLPRI} & 0x002 & Sono presenti dati urgenti.\\
230 \macro{POLLOUT} & 0x004 & È possibile la scrittura immediata.\\
232 \macro{POLLERR} & 0x008 & C'è una condizione di errore.\\
233 \macro{POLLHUP} & 0x010 & Si è verificato un hung-up.\\
234 \macro{POLLNVAL} & 0x020 & Il file descriptor non è aperto.\\
236 \macro{POLLRDNORM}& 0x040 & Sono disponibili in lettura dati normali.\\
237 \macro{POLLRDBAND}& 0x080 & Sono disponibili in lettura dati ad alta
239 \macro{POLLWRNORM}& 0x100 & È possibile la scrittura di dati normali. \\
240 \macro{POLLWRBAND}& 0x200 & È possibile la scrittura di dati ad
242 \macro{POLLMSG} & 0x400 & Estensione propria di Linux.\\
245 \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
246 \var{events} e \var{revents} di \type{pollfd}.}
247 \label{tab:file_pollfd_flags}
250 La funzione ritorna, restituendo il numero di file per i quali si è verificata
251 una delle condizioni di attesa richieste o un errore. Lo stato dei file
252 all'uscita della funzione viene restituito nel campo \var{revents} della
253 relativa struttura \type{pollfd}, che viene settato alla maschera binaria dei
254 valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags}, ed oltre alle tre
255 condizioni specificate tramite \var{events} può riportare anche l'occorrere di
256 una condizione di errore.
258 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
259 multiplexing}, che è stata introdotto con le ultime revisioni dello standard
260 (POSIX 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). Esso prevede che tutte le funzioni
261 ad esso relative vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che
262 sostituisce i precedenti, ed aggiunge a \func{select} una nuova funzione
263 \func{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
264 l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
265 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
266 \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
267 senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
268 \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
269 \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
270 maggiore di 600.} il cui prototipo è:
271 \begin{prototype}{sys/select.h}
272 {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
273 struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
275 Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
278 \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
279 descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
280 caso \var{errno} viene settata ai valori:
282 \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
284 \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
285 \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
287 ed inoltre \macro{ENOMEM}.}
290 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
291 struttura \type{timespec} per indicare con maggiore precisione il timeout e
292 non ne aggiorna il valore in caso di interruzione, inoltre prende un argomento
293 aggiuntivo \param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si
294 veda \secref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da
295 questa immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno
298 L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
299 race condition\footnote{in Linux però, non esistendo una system call apposita,
300 la funzione è implementata nelle \acr{glibc} usando \func{select}, e la
301 possibilità di una race condition resta.} quando si deve eseguire un test su
302 una variabile settata da un manipolatore sulla base dell'occorrenza di un
303 segnale per decidere se lanciare \func{select}. Fra il test e l'esecuzione è
304 presente una finestra in cui potrebbe arrivare il segnale che non sarebbe
305 rilevato; la race condition diventa superabile disabilitando il segnale prima
306 del test e riabilitandolo poi grazie all'uso di \param{sigmask}.
310 \subsection{L'\textsl{I/O asincrono}}
311 \label{sec:file_asyncronous_io}
313 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} è quella di
314 fare ricorso al cosiddetto \textsl{I/O asincrono}. Il concetto base
315 dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni di I/O non attendono il
316 completamento delle operazioni prima di ritornare, così che il processo non
317 viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio possibile effettuare una
318 richiesta preventiva di dati, in modo da poter effettuare in contemporanea le
319 operazioni di calcolo e quelle di I/O.
321 Abbiamo accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile, attraverso l'uso
322 del flag \macro{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \macro{O\_ASYNC} e dei
323 comandi \macro{F\_SETOWN} e \macro{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è specifico
324 di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è possibile
325 attivare in un secondo tempo questa modalità settando questo flag attraverso
326 l'uso di \func{fcntl} con il comando \macro{F\_SETFL} (vedi
327 \secref{sec:file_fcntl}).
329 In realtà in questo caso non si tratta di I/O asincrono vero e proprio, quanto
330 di un meccanismo asincrono di notifica delle variazione dello stato del file
331 descriptor; quello che succede è che il sistema genera un segnale (normalmente
332 \macro{SIGIO}, ma è possibile usarne altri) tutte le volte che diventa
333 possibile leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in questa
334 modalità. Si può inoltre selezionare, con il comando \macro{F\_SETOWN} di
335 \func{fcntl}, quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale.
337 In questo modo si può evitare l'uso delle funzioni \func{poll} o \func{select}
338 che, quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non
339 hanno buone prestazioni. In tal caso infatti la maggior parte del loro tempo
340 di esecuzione è impegnato ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor
341 tenuti sotto controllo per determinare quali di essi (in genere una piccola
342 percentuale) sono diventati attivi.
344 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
345 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando sono
346 più di uno, qual'è il file descriptor responsabile dell'emissione del segnale.
347 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali che permettono di
348 superare il problema facendo ricorso alle informazioni aggiuntive restituite
349 attraverso la struttura \type{siginfo\_t}, utilizzando la forma estesa
350 \var{sa\_sigaction} del manipolatore (si riveda quanto illustrato in
351 \secref{sec:sig_sigaction}).
353 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
354 (vedi \secref{sec:sig_real_time}) settando esplicitamente con il comando
355 \macro{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
356 I/O asincrono (il segnale di default è \macro{SIGIO}). In questo caso il
357 manipolatore tutte le volte che riceverà \macro{SI\_SIGIO} come valore del
358 campo \var{si\_code}\footnote{il valore resta \macro{SI\_SIGIO} qualunque sia
359 il segnale che si è associato all'I/O asincrono, ed indica appunto che il
360 segnale è stato generato a causa di attività nell'I/O asincrono.} di
361 \type{siginfo\_t}, troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file
362 descriptor che ha generato il segnale.
364 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo dotati di
365 una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo file descriptor;
366 inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella risposta a seconda del
367 segnale usato. In questo modo si può identificare immediatamente un file su
368 cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di funzioni
369 come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura la coda;
370 si eccedono le dimensioni di quest'ultima; in tal caso infatti il kernel, non
371 potendo più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time,
372 invierà al suo posto un \var{SIGIO}, su cui si accumuleranno tutti i segnali
373 in eccesso, e si dovrà determinare al solito modo quali sono i file diventati
376 Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
377 varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
378 le funzioni di I/O sono system call lente), essa è comunque limitata alla
379 notifica della disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e
380 non ad uno svolgimento asincrono delle medesime. Lo standard POSIX.1b
381 definisce anche una interfaccia apposita per l'I/O asincrono, che prevede un
382 insieme di funzioni dedicate, completamente separate rispetto a quelle usate
385 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
386 implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
387 di thread. Al momento\footnote{fino ai kernel della serie 2.4.x, nella serie
388 2.5.x è però iniziato un lavoro completo di riscrittura di tutto il sistema
389 di I/O, che prevede anche l'introduzione di un nuovo layer per l'I/O
390 asincrono.} esiste una sola versione stabile di questa interfaccia, quella
391 delle \acr{glibc}, che è realizzata completamente in user space. Esistono
392 comunque vari progetti sperimentali (come il KAIO della SGI, o i patch di
393 Benjamin La Haise) che prevedono un supporto diretto da parte del kernel.
395 Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
396 attraverso l'uso di una apposita struttura \type{aiocb} (il cui nome sta per
397 \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
398 tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
399 \file{aio.h}, è riportata in \figref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
400 definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
401 disponibilità di questa funzionalità.
404 \footnotesize \centering
405 \begin{minipage}[c]{15cm}
406 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
409 int aio_fildes; /* File descriptor. */
410 off_t aio_offset; /* File offset */
411 int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed. */
412 int aio_reqprio; /* Request priority offset. */
413 volatile void *aio_buf; /* Location of buffer. */
414 size_t aio_nbytes; /* Length of transfer. */
415 struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value. */
420 \caption{La struttura \type{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
422 \label{fig:file_aiocb}
425 Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
426 aperto, il cui file descriptor deve essere specificato tramite il campo
427 \var{aio\_fildes}; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek},
428 pertanto terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
429 contemporanee effettuabili su un singolo file.
431 Dato che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il
432 concetto di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto ciascuna
433 operazione deve sempre specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione
434 sul file da cui i dati saranno letti o scritti. Nel campo \var{aio\_buf} poi
435 andrà specificato l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in
436 \var{aio\_nbytes} la lunghezza del trasferimento.
438 Il campo \var{aio\_reqprio} permette di settare la priorità delle operazioni
439 di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
440 piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
441 le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
442 \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene settata a partire
443 da quella del processo chiamante (vedi \secref{sec:proc_priority}), cui viene
444 sottratto il valore di questo campo.
446 Il campo \var{aio\_lio\_opcode} è usato dalla funzione \func{lio\_listio}, che
447 permette di far partire una serie di operazioni in contemporanea su una lista
448 di file. Tramite questo campo si specifica quale è la natura di ciascuna di
452 \footnotesize \centering
453 \begin{minipage}[c]{15cm}
454 \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
457 sigval_t sigev_value;
460 sigev_notify_function;
461 sigev_notify_attributes;
466 \caption{La struttura \type{sigevent}, usata per specificare le modailtà di
467 notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
468 \label{fig:file_sigevent}
471 Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \type{sigevent}
472 che serve a specificare il modo in cui si vuole che venga effettuata la
473 notifica del completamento delle operazioni richieste. La struttura è
474 riportata in \secref{fig:file_sigevent}; il campo \var{sigev\_notify} è quello
475 che indica le modalità della notifica, esso può assumere i tre valori:
476 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
477 \item[\macro{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
478 \item[\macro{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
479 chiamante il segnale specificato nel campo \var{sigev\_signo}, se il
480 manipolatore è installato con \macro{SA\_SIGINFO}, il gli verrà restituito
481 il valore di \var{sigev\_value} in come valore del campo \var{si\_value} per
483 \item[\macro{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
484 thread che esegue la funzione specificata da \var{sigev\_notify\_function},
485 con gli attributi specificati da \var{sigev\_notify\_attribute}.
488 Le due funzioni base dell'interfaccia POSIX.1b per l'I/O asincrono sono
489 \func{aio\_read} e \func{aio\_write}. Esse servono a richiedere una lettura
490 od una scrittura asincrona di dati usando la struttura \type{aiocb} appena
491 descritta; i rispettivi prototipi sono:
495 \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
496 Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
498 \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
499 Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
502 \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
503 errore, nel qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
505 \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
506 \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
507 \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un valore non valido per i campi
508 \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
509 \item[\macro{EAGAIN}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
514 Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
515 richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \macro{EBADF} ed
516 \macro{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
517 potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
518 scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
519 il file non sia stato aperto in \textit{append mode} (vedi
520 \secref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
521 comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
523 Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
524 \param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
525 operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
526 campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
527 richiesta. Questo comporta che occorre evitare di usare per \param{aiocbp}
528 variabili automatiche, effettuando le chiamate all'interno di una subroutine,
529 e che non si deve riutilizzare la stessa struttura per un'ulteriore operazione
530 fintanto che la precedente non si sia ultimata. In generale per ogni
531 operazione di I/O asincrono si deve utilizzare una ed una sola struttura
534 Si ricordi che, operando in modalità asincrona, il successo di queste funzioni
535 non implica che le operazioni richieste siano state effettivamente eseguite in
536 maniera corretta. Per verificare l'esito delle operazioni l'interfaccia
537 prevede altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di
538 esecuzione. La prima è \func{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale
539 stato di errore; il suo prototipo è:
540 \begin{prototype}{aio.h}
541 {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}
543 Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
546 \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
547 successo, altrimenti restituisce il codice di errore.}
548 % }, che viene salvato
549 % anche in \var{errno}, i valori possibili sono:
551 % \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
552 % \item[\macro{EINPROGRESS}] L'operazione è ancora in corso.
553 % \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un valore non valido per i campi
554 % \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
555 % \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
557 % più tutti quelli possibili per le sottostanti operazioni, .}
560 Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
561 \macro{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
562 conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice di errore, ed esegue
563 il settaggio di \var{errno}. In caso caso di errore esso può essere sia uno
564 dei precedentemente specificati \macro{EINVAL} ed \macro{EBADF}, dovuti ad un
565 valore errato per \param{aiocbp} che uno dei possibili errori dovuti alle
566 chiamate al sistema sottostanti l'esecuzione dell'operazione di I/O richiesta,
567 relativi alle funzioni \func{read}, \func{write} e \func{fsync}.
570 Una volta che si sia certi che le operazioni si siano concluse (cioè dopo che
571 una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito \macro{EINPROGRESS}, si
572 può usare la seconda funzione dell'interfaccia, \func{aio\_return}, per
573 verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono, il cui
575 \begin{prototype}{aio.h}
576 {ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)}
578 Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
581 \bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
585 La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
586 asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse associate a
587 ciascuna operazione. Per questo motivo occorre chiamare la funzione solo dopo
588 che l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata.
590 La funzione restituisce il valore di ritorno relativa all'operazione eseguita,
591 così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
592 scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}). É importante chiamare sempre
593 questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
594 asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
597 Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
598 disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione delll'I/O, essa è
599 compiuta dalla funzione \func{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
600 analoga \func{fsync}, ma viene esguita in maniera asincrona; il suo prototipo
602 \begin{prototype}{aio.h}
603 {ssize\_t aio\_return(int op, struct aiocb *aiocbp)}
605 Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
607 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
608 errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
609 \macro{EAGAIN}, \macro{EBADF} o \macro{EINVAL}.}
612 La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, essendo la
613 richiesta asincrona, ritornando immediatamente. L'esecuzione effettiva della
614 sincronizzazione dovrà essere verificata con \func{aio\_error} e
615 \func{aio\_return} come per le operazioni di lettura e scrittura. L'argomento
616 \param{op} permette di indicare la modalità di esecuzione, se si specifica il
617 valore \macro{O\_DSYNC} le operazioni saranno completate con una chiamata a
618 \func{fdatasync}, se si specifica \macro{O\_SYNC} con una chiamata a
619 \func{fsync} (vedi \secref{sec:file_sync}).
621 Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
622 allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
623 relativi ad eventuali operazioni richieste successivamente. Se si è
624 specificato un meccanismo di notifica questo sarà innescato una volta che le
625 operazioni di sincronizzazione dei dati saranno completate.
627 In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
628 quando viene richiesta un'uscita immediata dal programam), per questo lo
629 standard POSIX.1b prevede una funzioni apposita, \func{aio\_cancel}, che
630 permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
632 \begin{prototype}{aio.h}
633 {int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)}
635 Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
638 \bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
639 di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
640 un valore non valido di \param{fildes}, setta \var{errno} al valore
644 La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
645 \param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \macro{NULL} come
646 valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione viene cancellata
647 \func{aio\_error} riporterà \macro{ECANCELED} come codice di errore, ed il suo
648 codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo di notifica non verrà
651 I possibili valori di ritorno di \func{aio\_cancel} sono tre:
652 \macro{AIO\_ALLDONE} indica che le operazioni di cui si è richiesta la
653 cancellazione sono state già completate, \macro{AIO\_CANCELED} indica che
654 tutte le operazioni richieste sono state cancellate, e
655 \macro{AIO\_NOTCANCELED} che alcune delle operazioni erano in corso e non sono
658 In quest'ultimo caso occorre chiamare \func{aio\_error} per determinare quali
659 sono le operazioni cancellate. Le operazioni che non sono state cancellate
660 proseguono il loro corso normale, compreso quanto relativo al meccanismo di
661 notifica del loro avvenuto completamento.
663 Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, che permette di
664 bloccare un processo in maniera relativamente semplice fino al completamento
665 di una determinata operazione, lo standard fornisce anche una apposita
666 funzione, \func{aio\_suspend}, che permette di sospendere l'esecuzione di un
667 processo fino al completamento di una specifica operazione; il suo prototipo
669 \begin{prototype}{aio.h}
670 {int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, const struct
673 Attende, per un massimo di \param{timeout}, il completamento di una delle
674 operazioni specificate da \param{list}.
676 \bodydesc{La funzione restituisce 0 se una (o più) operazioni sono state
677 completate, e -1 in caso di errorem nel qual caso \var{errno} viene
680 \item[\macro{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
682 \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
683 \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
688 La funzione permette di bloccare il processo chiamante fintanto che almeno una
689 delle \param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è
690 completata, per un tempo massimo specificato da \param{timout}, o fintanto che
691 non arrivi un segnale.\footnote{si tenga conto che questo segnale può anche
692 essere quello utilizzato come meccanismo di notifica.} La lista deve essere
693 inizializzata con delle strutture \var{aiocb} relative ad operazioni
694 effettivamente richieste, ma può contenere puntatori nulli, che saranno
695 ignorati. In caso si siano specificati valori non validi l'effetto è
696 indefinito. Un valore \macro{NULL} per \param{timout} comporta una attesa
699 Lo standard infine ha previsto pure una funzione, \func{lio\_listio}, che
700 permette di effettuare la richiesta di una intera lista di operazioni di
701 lettura o scrittura; il suo prototipo è:
702 \begin{prototype}{aio.h}
703 {int lio\_listio(int mode, struct aiocb * const list[], int nent, struct
706 Richiede l'esecuzione delle operazioni di I/O elencata da \param{list},
707 secondo la modalità \param{mode}.
709 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
710 errorem nel qual caso \var{errno} viene settata ai valori:
712 \item[\macro{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
714 \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
715 \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
720 La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate dalla
721 lista \param{list}; questa deve contenere gli indirizzi di altrettanti control
722 block, opportunamente inizializzati; in particolare nel caso dovrà essere
723 specificato il tipo di operazione tramite il campo \var{aio\_lio\_opcode}, che
724 può prendere i tre valori:
726 \item[\macro{LIO\_READ}] richiede una operazione di lettura.
727 \item[\macro{LIO\_WRITE}] richiede una operazione di scrittura.
728 \item[\macro{LIO\_NOP}] non effettua nessuna operazione.
730 l'ultimo viene usato quando si ha a che fare con un vettore di dimensione
731 fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si è dovuto
732 cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per quelle non
735 L'argomento \param{mode} permette di stabilire il comportamento della
736 funzione, se viene specificato il valore \macro{LIO\_WAIT} la funzione si
737 blocca fino al completamento di tutte le operazioni richieste; se invece si
738 spercifica \macro{LIO\_NOWAIT} la funzione ritorna immediatamente dopo aver
739 messo in coda tutte le richieste. In questo caso il chiamante può richiedere
740 una notifica del completamento di tutte le richieste settando \param{sig}.
745 \subsection{I/O multiplo}
746 \label{sec:file_multiple_io}
748 Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover affrontare una
749 serie multipla di operazioni di I/O, come una serie di letture o scritture di
750 vari buffer. In questo caso
754 \subsection{File mappati in memoria}
755 \label{sec:file_memory_map}
757 Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
758 rispetto a quella classica, è quella dei file \textsl{mappati in memoria}. In
759 sostanza quello che si fa è usare il meccanismo della
760 \textsl{paginazione}\index{paginazione} usato per la memoria virtuale (vedi
761 \secref{sec:proc_mem_gen}) per trasformare vedere il file in una sezione dello
762 spazio di indirizzi del processo, in modo che l'accesso a quest'ultimo con le
763 normali operazioni di lettura e scrittura delle variabili in memoria, si
764 trasformi in I/O sul file stesso.
768 \section{Il file locking}
769 \label{sec:file_locking}
771 In \secref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
772 sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
773 diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
774 in \textit{append mode}, quando più processi scrivono contemporaneamente sullo
775 stesso file non è possibile determinare la sequenza in cui essi opereranno.
777 Questo causa la possibilità di race condition\index{race condition}; in
778 generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che
779 scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni
780 scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi
781 processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul
784 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
785 evitare le race condition, attraverso una serie di funzioni che permettono di
786 bloccare l'accesso al file da parte di altri processi, così da evitare le
787 sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di scrittura.
790 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
791 \label{sec:file_record_locking}
793 La prima modalità di file locking che è stata implementata nei sistemi
794 unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory locking}, in
795 quanto è il processo, e non il sistema, che si incarica di verificare se
796 esiste una condizione di blocco per l'accesso ai file.
801 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
802 \label{sec:file_mand_locking}
804 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
813 %%% TeX-master: "gapil"