Merge branch 'master' of ssh://gapil.gnulinux.it/srv/git/gapil
[gapil.git] / fileadv.tex
1 %% fileadv.tex
2 %%
3 %% Copyright (C) 2000-2019 Simone Piccardi.  Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
9 %% License".
10 %%
11 \chapter{La gestione avanzata dei file}
12 \label{cha:file_advanced}
13
14 In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
15 dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
16   locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
17 permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
18 che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
19 varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
20 file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
21 controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
22
23
24 \section{Il \textit{file locking}}
25 \label{sec:file_locking}
26
27 \itindbeg{file~locking}
28
29 In sez.~\ref{sec:file_shared_access} abbiamo preso in esame le modalità in cui
30 un sistema unix-like gestisce l'accesso concorrente ai file da parte di
31 processi diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file
32 aperti in \textit{append mode}, quando più processi scrivono
33 contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
34 in cui essi opereranno.
35
36 Questo causa la possibilità di una \textit{race condition}; in generale le
37 situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che scrive e
38 altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni scritte
39 solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi processi
40 scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul file.
41
42 In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
43 evitare le \textit{race condition}, attraverso una serie di funzioni che
44 permettono di bloccare l'accesso al file da parte di altri processi, così da
45 evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di
46 lettura o scrittura.
47
48
49 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
50 \label{sec:file_record_locking}
51
52 La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
53 sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
54   locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
55   come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale della
56   \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary file
57     lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
58   mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
59     locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
60   ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
61   riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
62   mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
63 processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
64 esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. 
65
66 Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite
67 comunque e non risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock};
68 pertanto è sempre compito dei vari processi che intendono usare il
69 \textit{file locking}, controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi
70 prima di accedervi, utilizzando le relative funzioni.
71
72 In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock};\footnote{di
73   seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
74   nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
75   \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
76   processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
77   \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
78 \textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
79 file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
80 parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
81 richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
82 proteggere il loro accesso in lettura.
83
84 La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
85 \textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
86 lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
87 scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
88 processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
89 proteggere il suo accesso in scrittura.
90
91 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
92   locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
93 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
94 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
95 \func{fcntl}.  I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
96 indipendente nelle due interfacce (in realtà con Linux questo avviene solo
97 dalla serie 2.0 dei kernel) che pertanto possono coesistere senza
98 interferenze.
99
100 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
101 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
102 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
103 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file.  Se il blocco viene acquisito
104 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
105 comportamento non bloccante) viene posto in stato di \textit{sleep}. Una volta
106 finite le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco.
107
108 La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
109 tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
110 tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
111 corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
112 nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
113 della richiesta.
114
115 \begin{table}[htb]
116   \centering
117   \footnotesize
118    \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
119     \hline
120     \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
121     \cline{2-4}
122                 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
123     \hline
124     \hline
125     \textit{Read lock} & esecuzione & esecuzione & blocco \\
126     \textit{Write lock}& esecuzione & blocco & blocco \\
127     \hline    
128   \end{tabular}
129   \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
130   \label{tab:file_file_lock}
131 \end{table}
132
133 Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
134 permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
135 che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di blocco che
136 si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
137 apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
138 un \textit{write lock}).
139
140 %%  Si ricordi che
141 %% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
142 %% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
143 %% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
144
145
146 \subsection{La funzione \func{flock}} 
147 \label{sec:file_flock}
148
149 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
150 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione di sistema
151 usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il
152 suo prototipo è:
153
154 \begin{funcproto}{
155 \fhead{sys/file.h}
156 \fdecl{int flock(int fd, int operation)}
157 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
158 }
159
160 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
161   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
162   \begin{errlist}
163   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale
164     nell'attesa dell'acquisizione di un \textit{file lock}.
165   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido
166     per \param{operation}.
167   \item[\errcode{ENOLCK}] il kernel non ha memoria sufficiente per gestire il
168     \textit{file lock}.
169   \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
170     specificato \const{LOCK\_NB}.
171   \end{errlist}
172   ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.
173 }
174 \end{funcproto}
175
176 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
177 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
178 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
179 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
180 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
181
182 \begin{table}[htb]
183   \centering
184   \footnotesize
185   \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
186     \hline
187     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
188     \hline
189     \hline
190     \constd{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\ 
191     \constd{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
192     \constd{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
193     \constd{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
194                         richiesta di un \textit{file lock}.\\
195     \hline    
196   \end{tabular}
197   \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
198   \label{tab:file_flock_operation}
199 \end{table}
200
201 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
202 richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
203 ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
204 \const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
205 non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
206 \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
207 usare direttamente \const{LOCK\_UN}.
208
209 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
210 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
211   lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
212 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
213 facendo fallire la riacquisizione.
214
215 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
216 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
217 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
218 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
219 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
220 funzionalità.
221
222 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
223 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
224 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
225 \func{dup} e \func{fork}.  Per capire queste differenze occorre descrivere con
226 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
227 per entrambe le interfacce.
228
229 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
230 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
231 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
232 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
233 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
234 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di \textit{inode}, dato
235 che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
236 diversi che aprono lo stesso file.
237
238 In particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
239 \textit{file lock} sono mantenuti in una \textit{linked list} di strutture
240 \kstructd{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
241 mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \kstruct{inode} (per le
242 definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{include/linux/fs.h} nei
243 sorgenti del kernel).  Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si
244 tratta di un lock in semantica BSD (\constd{FL\_FLOCK}) o POSIX
245 (\constd{FL\_POSIX}) o un \textit{file lease} (\constd{FL\_LEASE}, vedi
246 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}).
247
248 \begin{figure}[!htb]
249   \centering
250   \includegraphics[width=12cm]{img/file_flock}
251   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
252     particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
253   \label{fig:file_flock_struct}
254 \end{figure}
255
256 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
257 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
258 un nuovo elemento (cioè l'aggiunta di una nuova struttura
259 \kstruct{file\_lock}).  Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la
260 semantica della funzione prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino
261 ulteriori istanze di un \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori
262 riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema
263 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file
264   lock} un puntatore alla voce nella \textit{file table} da cui si è richiesto
265 il blocco, che così ne identifica il titolare. Il puntatore è mantenuto nel
266 campo \var{fl\_file} di \kstruct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i
267 \textit{file lock} creati con la semantica BSD.
268
269 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
270 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
271 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \textit{file table}
272 corrispondente a quella registrata nel blocco.  Allora se ricordiamo quanto
273 visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè
274 che i file descriptor duplicati e quelli ereditati in un processo figlio
275 puntano sempre alla stessa voce nella \textit{file table}, si può capire
276 immediatamente quali sono le conseguenze nei confronti delle funzioni
277 \func{dup} e \func{fork}.
278
279 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
280 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella \textit{file
281   table}, anche se questo è diverso da quello con cui lo si è
282 creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file descriptor fa
283   riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa della
284   \textit{file table}, come accade tutte le volte che si apre più volte lo
285   stesso file.} o se si esegue la rimozione in un processo figlio. Inoltre una
286 volta tolto un \textit{file lock} su un file, la rimozione avrà effetto su
287 tutti i file descriptor che condividono la stessa voce nella \textit{file
288   table}, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una
289 \func{fork}, anche per processi diversi.
290
291 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
292 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
293 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
294 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
295 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
296 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \textit{file table};
297 e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento
298 alla stessa voce sono stati chiusi.  Quindi, nel caso ci siano duplicati o
299 processi figli che mantengono ancora aperto un file descriptor, il
300 \textit{file lock} non viene rilasciato.
301  
302
303 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
304 \label{sec:file_posix_lock}
305
306 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
307 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione di sistema
308 \func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici
309 possibilità di utilizzo in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si
310 impiega per il \textit{file locking} essa viene usata solo secondo il seguente
311 prototipo:
312
313 \begin{funcproto}{
314 \fhead{fcntl.h}
315 \fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
316 \fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.} 
317 }
318
319 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
320   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
321   \begin{errlist}
322     \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
323       \textit{file lock} da parte di altri processi.
324     \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
325       bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
326       di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
327       un \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema riconosca sempre
328       questa situazione.
329     \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
330       di poter acquisire un \textit{file lock}.
331     \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
332       sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
333       dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
334   \end{errlist}
335   ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
336 \end{funcproto}
337
338 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
339 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
340 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
341 relative agli eventuali blocchi preesistenti.  Per poter fare tutto questo la
342 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
343 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
344 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
345 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
346 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
347 con un'altra regione bloccata.
348
349 \begin{figure}[!htb]
350   \footnotesize \centering
351   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
352     \includestruct{listati/flock.h}
353   \end{minipage} 
354   \normalsize 
355   \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
356     \textit{file locking}.}
357   \label{fig:struct_flock}
358 \end{figure}
359
360 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
361 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
362 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
363 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
364 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
365 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
366 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
367 relative descrizioni in tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}).
368
369 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
370 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
371 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
372 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
373 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
374 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
375 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
376
377 Lo standard POSIX non richiede che \var{l\_len} sia positivo, ed a partire dal
378 kernel 2.4.21 è possibile anche indicare valori di \var{l\_len} negativi, in
379 tal caso l'intervallo coperto va da \var{l\_start}$+$\var{l\_len} a
380 \var{l\_start}$-1$, mentre per un valore positivo l'intervallo va da
381 \var{l\_start} a \var{l\_start}$+$\var{l\_len}$-1$. Si può però usare un
382 valore negativo soltanto se l'inizio della regione indicata non cade prima
383 dell'inizio del file, mentre come accennato con un valore positivo  si
384 può anche indicare una regione che eccede la dimensione corrente del file.
385
386 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
387 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
388 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
389 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
390 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
391 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
392 \const{F\_GETLK}, e riporta il \ids{PID} del processo che detiene il
393 \textit{file lock}.
394
395 \begin{table}[htb]
396   \centering
397   \footnotesize
398   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
399     \hline
400     \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
401     \hline
402     \hline
403     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
404     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
405     \constd{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
406     \hline    
407   \end{tabular}
408   \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
409   \label{tab:file_flock_type}
410 \end{table}
411
412 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
413 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
414 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl},
415 specifica l'azione da compiere; i valori utilizzabili relativi al \textit{file
416   locking} sono tre:
417 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
418 \item[\constd{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
419   struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
420   sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
421   esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
422   campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
423 \item[\constd{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
424   \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
425   corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia; nel
426   caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
427   preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
428   \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
429 \item[\constd{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
430   non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
431   processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
432   rilasciato; se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
433   con un errore di \errcode{EINTR}.
434 \end{basedescript}
435
436 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
437 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
438 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
439 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}.  Inoltre a seconda del valore di
440 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
441 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
442 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
443 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
444 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
445 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
446 per indicare quale è la regione bloccata.
447
448 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
449 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
450 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
451 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
452 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
453   è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
454   sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
455 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
456 stato effettivamente acquisito.
457
458 \begin{figure}[!htb]
459   \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
460   \caption{Schema di una situazione di \textit{deadlock}.}
461   \label{fig:file_flock_dead}
462 \end{figure}
463
464 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
465 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
466 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
467 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
468 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
469 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
470 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
471 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
472 porta ad un \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche il processo 2 si
473 bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.  Per questo motivo
474 il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo, ed impedirle
475 restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che cerca di
476 acquisire un blocco che porterebbe ad un \textit{deadlock}.
477
478 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
479 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
480 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
481 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
482 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
483 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}. In questo caso nella figura si sono
484 evidenziati solo i campi di \kstructd{file\_lock} significativi per la
485 semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
486 \ids{PID} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene bloccata
487 grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}.  La struttura è comunque la
488 stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è impostato il bit
489 \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene usato. Il blocco è
490 sempre associato all'\textit{inode}, solo che in questo caso la titolarità non
491 viene identificata con il riferimento ad una voce nella \textit{file table},
492 ma con il valore del \ids{PID} del processo.
493
494 \begin{figure}[!htb]
495   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
496   \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
497     particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
498   \label{fig:file_posix_lock}
499 \end{figure}
500
501 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
502 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la \textit{linked
503     list} delle strutture \kstruct{file\_lock}, scartando automaticamente
504   quelle per cui \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due
505   interfacce restano ben separate.}  per verificare se la regione richiesta
506 non si sovrappone ad una già bloccata, in caso affermativo decide in base al
507 tipo di blocco, in caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed
508 aggiunto alla lista.
509
510 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
511 \ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
512 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
513 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
514 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
515 figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
516 \func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso.  Questo comporta che, al
517 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
518 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
519
520 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
521 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
522 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
523 un blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
524 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
525 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
526 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
527 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
528 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
529
530 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
531 \ids{PID} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
532 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
533 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
534 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
535 solo sul \ids{PID} del processo che chiama la funzione, queste richieste
536 avranno sempre successo.  Nel caso della semantica BSD, essendo i lock
537 relativi a tutto un file e non accumulandosi,\footnote{questa ultima
538   caratteristica è vera in generale, se cioè si richiede più volte lo stesso
539   \textit{file lock}, o più blocchi sulla stessa sezione di file, le richieste
540   non si cumulano e basta una sola richiesta di rilascio per cancellare il
541   blocco.}  la cosa non ha alcun effetto; la funzione ritorna con successo,
542 senza che il kernel debba modificare la lista dei \textit{file lock}.
543
544 Con i \textit{file lock} POSIX invece si possono avere una serie di situazioni
545 diverse: ad esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più
546 \textit{file lock} distinti (indicando in una regione che si sovrapponga
547 completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo una parte di un
548 blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella di un altro
549 blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri \textit{file
550   lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si sovrappongono le
551 regioni richieste e del tipo di operazione richiesta.
552
553 Il comportamento seguito in questo caso è che la funzione ha successo ed
554 esegue l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
555 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
556   lock} per far sì che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
557 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
558
559 \begin{figure}[!htbp]
560   \footnotesize \centering
561   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
562     \includecodesample{listati/Flock.c}
563   \end{minipage}
564   \normalsize 
565   \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
566   \label{fig:file_flock_code}
567 \end{figure}
568
569 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
570 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
571 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
572 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
573 allegato nella directory dei sorgenti, nel file \texttt{Flock.c}).
574
575 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
576 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
577 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
578 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
579 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
580 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
581   lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
582 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
583 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
584 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
585 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
586 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
587 \cmd{-b}.
588
589 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11-14}) che venga passato
590 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
591   15-18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
592 uscendo (\texttt{\small 20-23}) in caso di errore. A questo punto il
593 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
594 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
595 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
596 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
597 modalità bloccante.
598
599 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25-34}) prima si
600 controlla (\texttt{\small 27-31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
601 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
602 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
603 aggiunta la relativa opzione, con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
604 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria.  Nel caso
605 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
606 immediate si prepara (\texttt{\small 36-40}) la struttura per il lock, e lo
607 si esegue (\texttt{\small 41}).
608
609 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
610 risultato uscendo (\texttt{\small 44-46}) in caso di errore, o stampando un
611 messaggio (\texttt{\small 47-49}) in caso di successo. Infine il programma si
612 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
613 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
614 tutti i blocchi vengono rilasciati.
615
616 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
617 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
618 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
619
620 \begin{Console}
621 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r Flock.c}
622 Lock acquired
623 \end{Console}
624 %$
625 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
626 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
627 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
628 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
629 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
630 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
631
632 \begin{Console}
633 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w Flock.c}
634 Failed lock: Resource temporarily unavailable
635 \end{Console}
636 %$
637 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
638 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
639 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
640 del file con il comando:
641
642 \begin{Console}
643 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
644 Failed lock: Resource temporarily unavailable
645 \end{Console}
646 %$
647 se invece blocchiamo una regione con: 
648
649 \begin{Console}
650 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s0 -l10 Flock.c}
651 Lock acquired
652 \end{Console}
653 %$
654 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
655 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
656 regioni si sovrappongono avremo che:
657
658 \begin{Console}
659 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s5 -l15  Flock.c}
660 Failed lock: Resource temporarily unavailable
661 \end{Console}
662 %$
663 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
664 avremo che:
665
666 \begin{Console}
667 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s11 -l15  Flock.c}
668 Lock acquired
669 \end{Console}
670 %$
671 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
672 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
673
674 \begin{Console}
675 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s10 -l20 Flock.c}
676 Failed lock: Resource temporarily unavailable
677 \end{Console}
678 %$
679 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
680
681 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
682 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
683 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
684 opzione:
685
686 \begin{Console}
687 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c} Lock acquired
688 \end{Console}
689 %$
690 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
691 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
692 essere acquisito otterremo:
693
694 \begin{Console}
695 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
696 \end{Console}
697 %$
698 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
699 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
700 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
701 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
702
703 \begin{Console}
704 [piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
705 Lock acquired
706 \end{Console}
707 %$
708
709 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
710 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
711 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
712 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
713 BSD:
714
715 \begin{Console}
716 [root@gont sources]# \textbf{./flock -f -w Flock.c}
717 Lock acquired
718 \end{Console}
719 %$
720 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
721 questo motivo occorre sempre tenere presente quale, fra le due semantiche
722 disponibili, stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
723 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
724
725 % \subsection{La funzione \func{lockf}}
726 % \label{sec:file_lockf}
727
728 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
729 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
730 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
731 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata che utilizza la
732 funzione \funcd{lockf},\footnote{la funzione è ripresa da System V e per
733   poterla utilizzare è richiesta che siano definite le opportune macro, una
734   fra \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}, oppure
735   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad un valore di almeno 500, oppure
736   \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}.} il cui
737 prototipo è:
738
739 \begin{funcproto}{
740 \fhead{unistd.h}
741 \fdecl{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
742 \fdesc{Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock}.} 
743 }
744
745 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
746   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
747   \begin{errlist}
748   \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, e si sono richiesti
749     \const{F\_TLOCK} o \const{F\_TEST} (in alcuni casi può dare anche
750     \errcode{EACCESS}.
751   \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor aperto o si sono
752     richiesti \const{F\_LOCK} o \const{F\_TLOCK} ma il file non è scrivibile.
753   \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per \param{cmd}.
754   \end{errlist}
755   ed inoltre \errcode{EDEADLK} e \errcode{ENOLCK} con lo stesso significato
756   che hanno con \func{fcntl}.
757 }
758 \end{funcproto}
759   
760 La funzione opera sul file indicato dal file descriptor \param{fd}, che deve
761 essere aperto in scrittura, perché utilizza soltanto \textit{lock}
762 esclusivi. La sezione di file bloccata viene controllata dal valore
763 di \param{len}, che indica la lunghezza della stessa, usando come riferimento
764 la posizione corrente sul file. La sezione effettiva varia a secondo del
765 segno, secondo lo schema illustrato in fig.~\ref{fig:file_lockf_boundary}, se
766 si specifica un valore nullo il file viene bloccato a partire dalla posizione
767 corrente fino alla sua fine presente o futura (nello schema corrisponderebbe
768 ad un valore infinito positivo).
769
770 \begin{figure}[!htb] 
771   \centering
772   \includegraphics[width=10cm]{img/lockf_boundary}
773   \caption{Schema della sezione di file bloccata con \func{lockf}.}
774   \label{fig:file_lockf_boundary}
775 \end{figure}
776
777 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore
778 dell'argomento \param{cmd}, che specifica quale azione eseguire, i soli valori
779 consentiti sono i seguenti:
780
781 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
782 \item[\constd{F\_LOCK}] Richiede un \textit{lock} esclusivo sul file, e blocca
783   il processo chiamante se, anche parzialmente, la sezione indicata si
784   sovrappone ad una che è già stata bloccata da un altro processo; in caso di
785   sovrapposizione con un altro blocco già ottenuto le sezioni vengono unite.
786 \item[\constd{F\_TLOCK}] Richiede un \textit{exclusive lock}, in maniera
787   identica a \const{F\_LOCK}, ma in caso di indisponibilità non blocca il
788   processo restituendo un errore di \errval{EAGAIN}.
789 \item[\constd{F\_ULOCK}] Rilascia il blocco sulla sezione indicata, questo può
790   anche causare la suddivisione di una sezione bloccata in precedenza nelle
791   due parti eccedenti nel caso si sia indicato un intervallo più limitato.
792 \item[\constd{F\_TEST}] Controlla la presenza di un blocco sulla sezione di
793   file indicata, \func{lockf} ritorna $0$ se la sezione è libera o bloccata
794   dal processo stesso, o $-1$ se è bloccata da un altro processo, nel qual
795   caso \var{errno} assume il valore \errval{EAGAIN} (ma su alcuni sistemi può
796   essere restituito anche \errval{EACCESS}).
797 \end{basedescript}
798
799 La funzione è semplicemente una diversa interfaccia al \textit{file locking}
800 POSIX ed è realizzata utilizzando \func{fcntl}; pertanto la semantica delle
801 operazioni è la stessa di quest'ultima e quindi la funzione presenta lo stesso
802 comportamento riguardo gli effetti della chiusura dei file, ed il
803 comportamento sui file duplicati e nel passaggio attraverso \func{fork} ed
804 \func{exec}. Per questo stesso motivo la funzione non è equivalente a
805 \func{flock} e può essere usata senza interferenze insieme a quest'ultima.
806
807
808 \subsection{Gli \textit{open file descriptor locks}}
809 \label{sec:open_file_descriptor_locks}
810
811 Come illustrato in dettaglio nella precedente sez.~\ref{sec:file_posix_lock},
812 la chiusura di un file su cui sono presenti dei \textit{file lock} comporta
813 l'immediato rilascio degli stessi, anche se questi sono stati acquisiti da un
814 processo diverso. 
815
816 da finire.
817
818 % TODO trattare i POSIX file-private lock introdotti con il 3.15, 
819 % vedi http://lwn.net/Articles/586904/ correlato:
820 % http://www.samba.org/samba/news/articles/low_point/tale_two_stds_os2.html 
821
822 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
823 \label{sec:file_mand_locking}
824
825 \itindbeg{mandatory~locking}
826
827 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
828 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
829 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
830 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
831 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
832 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
833
834 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
835 utilizzo particolare del bit \acr{sgid} dei permessi dei file. Se si ricorda
836 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
837 utilizzato per cambiare il \ids{GID} effettivo con cui viene eseguito un
838 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
839 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
840 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
841 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
842 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
843 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
844   locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
845   sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
846   cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
847   non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
848     locking}.}
849
850 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
851 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
852 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
853 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
854   problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \acr{sgid}, ma non è detto
855   che sia così facile fare questa operazione con un sistema bloccato.}
856 inoltre con il \textit{mandatory locking} si può bloccare completamente un
857 server NFS richiedendo una lettura su un file su cui è attivo un blocco. Per
858 questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory locking} è di norma
859 disabilitata, e deve essere attivata filesystem per filesystem in fase di
860 montaggio, specificando l'apposita opzione di \func{mount} riportata in
861 sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}, o con l'opzione \code{-o mand} per il
862 comando omonimo.
863
864 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
865 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
866 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
867 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
868 per \func{fcntl}.
869
870 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
871 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
872 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
873 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
874 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
875 direttamente il \textit{file locking}.
876
877 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
878 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
879 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
880 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
881 di \errcode{EAGAIN}.
882
883 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
884 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
885 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
886 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
887 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
888
889 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
890 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
891 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
892 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
893 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
894 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
895 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
896 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
897 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
898
899 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
900 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (vedi
901 sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti, quando si esegue
902 la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un accesso al contenuto
903 del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile eseguire il
904 \textit{memory mapping} di un file su cui sono presenti dei
905 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
906   impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
907   comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
908   diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
909 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
910   all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
911   \file{Documentation/mandatory.txt}.}  di seguire questo comportamento
912 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
913 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
914 possibilità di modificare il file.
915
916 Si tenga conto infine che su Linux l'implementazione corrente del
917 \textit{mandatory locking} è difettosa e soffre di una \textit{race
918   condition}, per cui una scrittura con \func{write} che si sovrapponga alla
919 richiesta di un \textit{read lock} può modificare i dati anche dopo che questo
920 è stato ottenuto, ed una lettura con \func{read} può restituire dati scritti
921 dopo l'ottenimento di un \textit{write lock}. Lo stesso tipo di problema si
922 può presentare anche con l'uso di file mappati in memoria; pertanto allo stato
923 attuale delle cose è sconsigliabile fare affidamento sul \textit{mandatory
924   locking}.
925
926 % TODO il supporto è stato reso opzionale nel 4.5, verrà eliminato nel futuro
927 % (vedi http://lwn.net/Articles/667210/)
928
929 \itindend{file~locking}
930
931 \itindend{mandatory~locking}
932
933
934 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
935 \label{sec:file_multiplexing}
936
937
938 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
939 su molti file usando le funzioni illustrate in
940 sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec:files_std_interface} è che
941 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
942 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
943 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
944 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
945 I/O.
946
947
948 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
949 \label{sec:file_noblocking}
950
951 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
952 \textit{fast} e \textit{slow} \textit{system call}, che in certi casi le
953 funzioni di I/O eseguite su un file descriptor possono bloccarsi
954 indefinitamente. Questo non avviene mai per i file normali, per i quali le
955 funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito, ma può avvenire per
956 alcuni file di dispositivo, come ad esempio una seriale o un terminale, o con
957 l'uso di file descriptor collegati a meccanismi di intercomunicazione come le
958 \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ed i socket (vedi
959 sez.~\ref{sec:sock_socket_def}). In casi come questi ad esempio una operazione
960 di lettura potrebbe bloccarsi se non ci sono dati disponibili sul descrittore
961 su cui la si sta effettuando.
962
963 Questo comportamento è alla radice di una delle problematiche più comuni che
964 ci si trova ad affrontare nella gestione delle operazioni di I/O: la necessità
965 di operare su più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi
966 indefinitamente senza che sia possibile prevedere quando questo può
967 avvenire. Un caso classico è quello di un server di rete (tratteremo la
968 problematica in dettaglio nella seconda parte della guida) in attesa di dati
969 in ingresso prevenienti da vari client.
970
971 In un caso di questo tipo, se si andasse ad operare sui vari file descriptor
972 aperti uno dopo l'altro, potrebbe accadere di restare bloccati nell'eseguire
973 una lettura su uno di quelli che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne
974 potrebbe essere un altro con dati disponibili. Questo comporta nel migliore
975 dei casi una operazione ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di
976 quella bloccata, mentre nel peggiore dei casi, quando la conclusione
977 dell'operazione bloccata dipende da quanto si otterrebbe dal file descriptor
978 ``\textsl{disponibile}'', si potrebbe addirittura arrivare ad un
979 \textit{deadlock}.
980
981 \itindbeg{polling}
982
983 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è possibile
984 prevenire questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file
985 in \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag
986 \const{O\_NONBLOCK} nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni
987 di lettura o scrittura eseguite sul file che si sarebbero bloccate ritornano
988 immediatamente, restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}.  L'utilizzo di questa
989 modalità di I/O permette di risolvere il problema controllando a turno i vari
990 file descriptor, in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non
991 viene garantito. Ovviamente questa tecnica, detta \textit{polling}, è
992 estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
993 eseguire in continuazione delle \textit{system call} che nella gran parte dei
994 casi falliranno.
995
996 \itindend{polling}
997
998 É appunto per superare questo problema è stato introdotto il concetto di
999 \textit{I/O multiplexing}, una nuova modalità per la gestione dell'I/O che
1000 consente di tenere sotto controllo più file descriptor in contemporanea,
1001 permettendo di bloccare un processo quando le operazioni di lettura o
1002 scrittura non sono immediatamente effettuabili, e di riprenderne l'esecuzione
1003 una volta che almeno una di quelle che erano state richieste diventi
1004 possibile, in modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare
1005 bloccati.
1006
1007 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
1008 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
1009 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
1010 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
1011 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
1012 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
1013
1014
1015 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
1016 \label{sec:file_select}
1017
1018 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
1019   multiplexing} è stato BSD, con la funzione \funcd{select} che è apparsa in
1020 BSD4.2 ed è stata standardizzata in BSD4.4, in seguito è stata portata su
1021 tutti i sistemi che supportano i socket, compreso le varianti di System V ed
1022 inserita in POSIX.1-2001; il suo prototipo è:\footnote{l'header
1023   \texttt{sys/select.h} è stato introdotto con POSIX.1-2001, è ed presente con
1024   la \acr{glibc} a partire dalla versione 2.0, in precedenza, con le
1025   \acr{libc4} e \acr{libc5}, occorreva includere \texttt{sys/time.h},
1026   \texttt{sys/types.h} e \texttt{unistd.h}.}
1027
1028 \begin{funcproto}{
1029 \fhead{sys/select.h}
1030 \fdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
1031     *exceptfds, \\
1032 \phantom{int select(}struct timeval *timeout)}
1033 \fdesc{Attende che uno fra i file descriptor degli insiemi specificati diventi
1034   attivo.} 
1035 }
1036 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1037   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1038   \begin{errlist}
1039   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor non valido
1040     (chiuso o con errori) in uno degli insiemi.
1041   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1042   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1043     o un valore non valido per \param{timeout}.
1044   \end{errlist}
1045   ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.}
1046 \end{funcproto}
1047
1048 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
1049 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
1050 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
1051 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1052 \param{timeout}.
1053
1054 \itindbeg{file~descriptor~set} 
1055
1056 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1057 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1058 \typed{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1059 maniera analoga a come un \textit{signal set} (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigset})
1060 identifica un insieme di segnali. Per la manipolazione di questi \textit{file
1061   descriptor set} si possono usare delle opportune macro di preprocessore:
1062
1063 {\centering
1064 \vspace{3pt}
1065 \begin{funcbox}{
1066 \fhead{sys/select.h}
1067 \fdecl{void \macrod{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1068 \fdesc{Inizializza l'insieme (vuoto).} 
1069 \fdecl{void \macrod{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1070 \fdesc{Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.} 
1071 \fdecl{void \macrod{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1072 \fdesc{Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.} 
1073 \fdecl{int \macrod{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1074 \fdesc{Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.} 
1075 }
1076 \end{funcbox}}
1077
1078
1079 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1080 \macrod{FD\_SETSIZE} file descriptor.  Questo valore in origine corrispondeva
1081 al limite per il numero massimo di file aperti (ad esempio in Linux, fino alla
1082 serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo), ma da quando, nelle
1083 versioni più recenti del kernel, questo limite è stato rimosso, esso indica le
1084 dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file descriptor set}, ed il
1085 suo valore, secondo lo standard POSIX 1003.1-2001, è definito in
1086 \headfile{sys/select.h}, ed è pari a 1024.
1087
1088 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1089 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1090 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili. Allo stesso modo
1091 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1092 eccede \macro{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1093
1094 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1095 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1096 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1097   tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1098   bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
1099 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1100 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni come i
1101 dati urgenti su un socket, (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1102
1103 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1104 \macro{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente, la funzione richiede di
1105 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1106 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1107 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1108 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1109 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno. Si ricordi infatti che
1110 i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1111 valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo,
1112 dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore comune.
1113
1114 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con il puntatore ad una struttura
1115 di tipo \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un
1116 tempo massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a
1117 \val{NULL} la funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un
1118 tempo nullo (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a
1119 zero), qualora si voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file
1120 descriptor, e così può essere utilizzata eseguire il \textit{polling} su un
1121 gruppo di file descriptor. Usare questo argomento con tutti i \textit{file
1122   descriptor set} vuoti è un modo portabile, disponibile anche su sistemi in
1123 cui non sono disponibili le funzioni avanzate di sez.~\ref{sec:sig_timer_adv},
1124 per tenere un processo in stato di \textit{sleep} con precisioni inferiori al
1125 secondo.
1126
1127 In caso di successo la funzione restituisce il numero di file descriptor
1128 pronti, seguendo il comportamento previsto dallo standard
1129 POSIX.1-2001,\footnote{si tenga però presente che esistono alcune versioni di
1130   Unix che non si comportano in questo modo, restituendo un valore positivo
1131   generico.}  e ciascun insieme viene sovrascritto per indicare quali sono i
1132 file descriptor pronti per le operazioni ad esso relative, in modo da poterli
1133 controllare con \macro{FD\_ISSET}.  Se invece scade il tempo indicato
1134 da \param{timout} viene restituito un valore nullo e i \textit{file descriptor
1135   set} non vengono modificati. In caso di errore la funzione restituisce $-1$, i
1136 valori dei tre insiemi e di \param{timeout} sono indefiniti e non si può fare
1137 nessun affidamento sul loro contenuto; nelle versioni più recenti della
1138 funzione invece i \textit{file descriptor set} non vengono modificati anche in
1139 caso di errore.
1140
1141 Si tenga presente infine che su Linux, in caso di programmazione
1142 \textit{multi-thread} se un file descriptor viene chiuso in un altro
1143 \textit{thread} rispetto a quello in cui si sta usando \func{select}, questa
1144 non subisce nessun effetto. In altre varianti di sistemi unix-like invece
1145 \func{select} ritorna indicando che il file descriptor è pronto, con
1146 conseguente possibile errore nel caso lo si usi senza che sia stato
1147 riaperto. Lo standard non prevede niente al riguardo e non si deve dare per
1148 assunto nessuno dei due comportamenti se si vogliono scrivere programmi
1149 portabili.
1150
1151 \itindend{file~descriptor~set}
1152
1153 Una volta ritornata la funzione, si potrà controllare quali sono i file
1154 descriptor pronti, ed operare su di essi. Si tenga presente però che
1155 \func{select} fornisce solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni in
1156 cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file descriptor è
1157 pronto, ma l'esecuzione di una operazione di I/O si bloccherebbe: ad esempio
1158 con Linux questo avviene quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono
1159 scartati perché corrotti (ma sono possibili pure altri casi); in tal caso pur
1160 risultando il relativo file descriptor pronto in lettura una successiva
1161 esecuzione di una \func{read} si bloccherebbe. Per questo motivo quando si usa
1162 l'\textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso delle funzioni di
1163 lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1164
1165 Su Linux quando la \textit{system call} \func{select} viene interrotta da un
1166 segnale modifica il valore nella struttura puntata da \param{timeout},
1167 impostandolo al tempo restante. In tal caso infatti si ha un errore di
1168 \errcode{EINTR} ed occorre rilanciare la funzione per proseguire l'attesa, ed
1169 in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le volte il tempo
1170 rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia quando si usa codice
1171 scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si usano programmi
1172 scritti per altri sistemi che non dispongono di questa caratteristica e
1173 ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In genere questa caratteristica è
1174 disponibile nei sistemi che derivano da System V e non è disponibile per
1175 quelli che derivano da BSD; lo standard POSIX.1-2001 non permette questo
1176 comportamento e per questo motivo la \acr{glibc} nasconde il comportamento
1177 passando alla \textit{system call} una copia dell'argomento \param{timeout}.
1178
1179 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1180 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1181 controllo.  Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1182 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1183 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1184 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1185 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1186
1187 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1188 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1189 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1190 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1191 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1192 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni. 
1193
1194 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1195   multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1196 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1197 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1198 vengano dichiarate nell'header \headfiled{sys/select.h}, che sostituisce i
1199 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1200 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1201   l'header \headfile{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalla
1202   \acr{glibc} 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header,
1203   la \acr{glibc} 2.0 contiene una definizione sbagliata di \func{psignal},
1204   senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1205   \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1206   \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1207   maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1208
1209 \begin{funcproto}{
1210 \fhead{sys/select.h}
1211 \fdecl{int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, 
1212   fd\_set *exceptfds, \\ 
1213 \phantom{int pselect(}struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1214 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1215   attivo.} 
1216 }
1217 {La funzione ritorna il numero (anche nullo) di file descriptor che sono
1218   attivi in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno}
1219   assumerà uno dei valori:
1220   \begin{errlist}
1221   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1222     degli insiemi.
1223   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1224   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1225     o un valore non valido per \param{timeout}.
1226    \end{errlist}
1227    ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.
1228 }
1229 \end{funcproto}
1230
1231 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1232 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1233 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1234 caso di interruzione. In realtà anche in questo caso la \textit{system call}
1235 di Linux aggiorna il valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalla
1236 \acr{glibc} modifica questo comportamento passando alla \textit{system call}
1237 una variabile locale, in modo da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che
1238 richiede che il valore di \param{timeout} non sia modificato. 
1239
1240 Rispetto a \func{select} la nuova funzione prende un argomento
1241 aggiuntivo \param{sigmask}, un puntatore ad una maschera di segnali (si veda
1242 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}).  Nell'esecuzione la maschera dei segnali corrente
1243 viene sostituita da quella così indicata immediatamente prima di eseguire
1244 l'attesa, e viene poi ripristinata al ritorno della funzione. L'uso
1245 di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1246 \textit{race condition} quando oltre alla presenza di dati sui file descriptor
1247 come nella \func{select} ordinaria, ci si deve porre in attesa anche
1248 dell'arrivo di un segnale.
1249
1250 Come abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_example} la tecnica classica per
1251 rilevare l'arrivo di un segnale è quella di utilizzare il gestore per
1252 impostare una variabile globale e controllare questa nel corpo principale del
1253 programma; abbiamo visto in quell'occasione come questo lasci spazio a
1254 possibili \textit{race condition}, per cui diventa essenziale utilizzare
1255 \func{sigprocmask} per disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire
1256 il controllo e riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde
1257 evitare l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe
1258 perso.
1259
1260 Nel nostro caso il problema si pone quando, oltre al segnale, si devono tenere
1261 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1262 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1263 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1264 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1265 \includecodesnip{listati/select_race.c} 
1266 qui però emerge una \textit{race condition}, perché se il segnale arriva prima
1267 della chiamata a \func{select}, questa non verrà interrotta, e la ricezione
1268 del segnale non sarà rilevata.
1269
1270 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1271 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1272 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1273   kernel 2.6.16, non era presente la relativa \textit{system call}, e la
1274   funzione era implementata nella \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
1275   \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \textit{race condition}
1276   permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una soluzione alternativa,
1277   chiamata \itindex{self-pipe~trick} \textit{self-pipe trick}, che consiste
1278   nell'aprire una \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare
1279   \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare l'arrivo di
1280   un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del gestore dello
1281   stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima della chiamata di
1282   \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla presenza di dati sulla
1283   \textit{pipe}.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così che il
1284 precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1285 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c} 
1286 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1287 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1288 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1289
1290
1291 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1292 \label{sec:file_poll}
1293
1294 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1295 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta una
1296 interfaccia completamente diversa, basata sulla funzione di sistema
1297 \funcd{poll},\footnote{la funzione è prevista dallo standard XPG4, ed è stata
1298   introdotta in Linux come \textit{system call} a partire dal kernel 2.1.23 ed
1299   inserita nelle \acr{libc} 5.4.28, originariamente l'argomento \param{nfds}
1300   era di tipo \ctyp{unsigned int}, la funzione è stata inserita nello standard
1301   POSIX.1-2001 in cui è stato introdotto il tipo nativo \typed{nfds\_t}.} il
1302 cui prototipo è:
1303
1304 \begin{funcproto}{
1305 \fhead{sys/poll.h}
1306 \fdecl{int poll(struct pollfd *ufds, nfds\_t nfds, int timeout)}
1307 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1308   descriptor.} 
1309 }
1310
1311 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1312   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
1313   \begin{errlist}
1314   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1315     degli insiemi.
1316   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1317   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1318     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1319   \end{errlist}
1320   ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.}
1321 \end{funcproto}
1322
1323 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1324 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1325 vettore di strutture \struct{pollfd}.  Come con \func{select} si può
1326 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1327 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1328 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1329 immediato, e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1330 \textsl{non-bloccante}.
1331
1332 \begin{figure}[!htb]
1333   \footnotesize \centering
1334   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1335     \includestruct{listati/pollfd.h}
1336   \end{minipage} 
1337   \normalsize 
1338   \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1339     modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1340   \label{fig:file_pollfd}
1341 \end{figure}
1342
1343 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1344 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}.  La
1345 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1346 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1347 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1348 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1349 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1350 risultato. 
1351
1352 Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente struttura sarà
1353 ignorata da \func{poll} ed il campo \var{revents} verrà azzerato, questo
1354 consente di eliminare temporaneamente un file descriptor dalla lista senza
1355 dover modificare il vettore \param{ufds}. Dato che i dati in ingresso sono del
1356 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1357 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1358 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1359
1360 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1361 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportate in
1362 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1363 suddivise in tre gruppi principali, nel primo gruppo si sono indicati i bit
1364 utilizzati per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per
1365 l'attività in uscita, infine il terzo gruppo contiene dei valori che vengono
1366 utilizzati solo nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di
1367 errore.
1368
1369 \begin{table}[htb]
1370   \centering
1371   \footnotesize
1372   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1373     \hline
1374     \textbf{Flag}  & \textbf{Significato} \\
1375     \hline
1376     \hline
1377     \constd{POLLIN}    & È possibile la lettura.\\
1378     \constd{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\ 
1379     \constd{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1380     \constd{POLLPRI}   & È possibile la lettura di dati urgenti.\\ 
1381     \hline
1382     \constd{POLLOUT}   & È possibile la scrittura immediata.\\
1383     \constd{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\ 
1384     \constd{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1385     \hline
1386     \constd{POLLERR}   & C'è una condizione di errore.\\
1387     \constd{POLLHUP}   & Si è verificato un hung-up.\\
1388     \constd{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1389                         socket.\footnotemark\\ 
1390     \constd{POLLNVAL}  & Il file descriptor non è aperto.\\
1391     \hline
1392     \constd{POLLMSG}   & Definito per compatibilità con SysV.\\
1393     \hline    
1394   \end{tabular}
1395   \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1396     \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1397   \label{tab:file_pollfd_flags}
1398 \end{table}
1399
1400 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1401   partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1402   consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1403   socket, situazione che si viene chiamata appunto \textit{half-close}
1404   (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori dettagli in
1405   sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1406
1407 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1408 compatibilità con l'implementazione di System V che usa i cosiddetti
1409 ``\textit{stream}''. Si tratta di una interfaccia specifica di SysV non
1410 presente in Linux, che non ha nulla a che fare con gli \textit{stream} delle
1411 librerie standard del C visti in sez.~\ref{sec:file_stream}. Da essa derivano
1412 i nomi di alcune costanti poiché per quegli \textit{stream} sono definite tre
1413 classi di dati: \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}.  In
1414 Linux la distinzione ha senso solo per i dati urgenti dei socket (vedi
1415 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll} reagisce
1416 alle varie condizioni dei socket torneremo in sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll},
1417 dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1418
1419 Le costanti relative ai diversi tipi di dati normali e prioritari che fanno
1420 riferimento alle implementazioni in stile System V sono \const{POLLRDNORM},
1421 \const{POLLWRNORM}, \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND}. Le prime due sono
1422 equivalenti rispettivamente a \const{POLLIN} e \const{POLLOUT},
1423 \const{POLLRDBAND} non viene praticamente mai usata su Linux mentre
1424 \const{POLLWRBAND} ha senso solo sui socket. In ogni caso queste costanti sono
1425 utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1426 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.
1427
1428 In caso di successo \func{poll} ritorna restituendo il numero di file (un
1429 valore positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa
1430 richieste o per i quali si è verificato un errore, avvalorando i relativi bit
1431 di \var{revents}. In caso di errori sui file vengono utilizzati i valori della
1432 terza sezione di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} che hanno significato solo
1433 per \var{revents} (se specificati in \var{events} vengono ignorati). Un valore
1434 di ritorno nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore
1435 negativo indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al
1436 solito tramite \var{errno}.
1437
1438 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1439 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1440 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1441 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}
1442 e la dimensione dei dati passati al kernel dipende solo dal numero dei file
1443 descriptor che si vogliono controllare, non dal loro valore. Infatti, anche se
1444 usando dei bit un \textit{file descriptor set} può essere più efficiente di un
1445 vettore di strutture \struct{pollfd}, qualora si debba osservare un solo file
1446 descriptor con un valore molto alto ci si troverà ad utilizzare inutilmente un
1447 maggiore quantitativo di memoria.
1448
1449 Inoltre con \func{select} lo stesso \textit{file descriptor set} è usato sia
1450 in ingresso che in uscita, e questo significa che tutte le volte che si vuole
1451 ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo da capo. Questa operazione, che
1452 può essere molto onerosa se i file descriptor da tenere sotto osservazione
1453 sono molti, non è invece necessaria con \func{poll}.
1454
1455 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1456 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1457 dei segnali nell'attesa su un file descriptor.  Con l'introduzione di una
1458 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1459 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1460
1461 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1462 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1463 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1464 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1465 prototipo è:
1466
1467 \begin{funcproto}{
1468 \fhead{sys/poll.h}
1469 \fdecl{int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, 
1470   const struct timespec *timeout, \\
1471 \phantom{int ppoll(}const sigset\_t *sigmask)} 
1472
1473 \fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file descriptor.}
1474 }
1475
1476 {La funzione ritorna il numero di file descriptor con attività in caso di
1477   successo, $0$ se c'è stato un timeout e $-1$ per un errore, nel qual caso
1478   \var{errno} assumerà uno dei valori:
1479   \begin{errlist}
1480   \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1481     degli insiemi.
1482   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1483   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1484     \const{RLIMIT\_NOFILE}.
1485   \end{errlist}
1486 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.
1487 }  
1488 \end{funcproto}
1489
1490 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1491 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
1492 segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
1493 resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale.  L'uso
1494 di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
1495 manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
1496 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c} 
1497
1498 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1499 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1500 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1501 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la
1502 \textit{system call} che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione
1503 viene interrotta da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come
1504 per \func{pselect} la funzione di libreria fornita dalla \acr{glibc} maschera
1505 questo comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout} anche se
1506 in questo caso non esiste nessuno standard che richieda questo comportamento.
1507
1508 Infine anche per \func{poll} e \func{ppoll} valgono le considerazioni relative
1509 alla possibilità di avere delle notificazione spurie della disponibilità di
1510 accesso ai file descriptor illustrate per \func{select} in
1511 sez.~\ref{sec:file_select}, che non staremo a ripetere qui.
1512
1513 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1514 \label{sec:file_epoll}
1515
1516 \itindbeg{epoll}
1517
1518 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1519 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1520 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1521   viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1522   descriptor ecceda le dimensioni massime di un \textit{file descriptor set}.}
1523 in particolare nel caso in cui solo pochi di questi diventano attivi. Il
1524 problema in questo caso è che il tempo impiegato da \func{poll} a trasferire i
1525 dati da e verso il kernel è proporzionale al numero di file descriptor
1526 osservati, non a quelli che presentano attività.
1527
1528 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1529 eventi al secondo (il caso classico è quello di un server web di un sito con
1530 molti accessi) l'uso di \func{poll} comporta la necessità di trasferire avanti
1531 ed indietro da \textit{user space} a \textit{kernel space} una lunga lista di
1532 strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1533 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1534 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1535 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1536 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1537 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1538 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1539
1540 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1541 specialistiche (come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue} in BSD)
1542 il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le informazioni
1543 relative ai file descriptor osservati che presentano una attività, evitando
1544 così le problematiche appena illustrate. In genere queste prevedono che si
1545 registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto osservazione, e
1546 forniscono un meccanismo che notifica quali di questi presentano attività.
1547
1548 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1549 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1550   triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1551   un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1552   nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1553 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1554 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1555 di essi a partire dalla precedente notifica.  Per chiarire meglio il concetto
1556 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1557 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1558 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1559 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1560 \textsl{pronto}.
1561
1562 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1563 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1564 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1565 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1566 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1567 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1568 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
1569 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1570 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1571
1572 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1573 servizio è chiamata \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da
1574   Davide Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44,
1575   ma la sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66, il supporto
1576   è stato aggiunto nella \acr{glibc} a partire dalla versione 2.3.2.} anche se
1577 sono state in discussione altre interfacce con le quali effettuare lo stesso
1578 tipo di operazioni; \textit{epoll} è in grado di operare sia in modalità
1579 \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1580
1581 La prima versione di \textit{epoll} prevedeva l'uso di uno speciale file di
1582 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1583 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia ma poi si è passati all'uso di
1584 apposite \textit{system call}.  Il primo passo per usare l'interfaccia di
1585 \textit{epoll} è pertanto quello ottenere detto file descriptor chiamando una
1586 delle due funzioni di sistema \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},
1587 i cui prototipi sono:
1588
1589 \begin{funcproto}{
1590 \fhead{sys/epoll.h}
1591 \fdecl{int epoll\_create(int size)}
1592 \fdecl{int epoll\_create1(int flags)}
1593
1594 \fdesc{Apre un file descriptor per \textit{epoll}.}
1595 }
1596 {Le funzioni ritornano un file descriptor per \textit{epoll} in caso di
1597   successo e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
1598   valori:
1599   \begin{errlist}
1600   \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1601     positivo o non valido per \param{flags}.
1602   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
1603     istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
1604     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_instances}.
1605   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1606     nel sistema.
1607   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1608     l'istanza.
1609   \end{errlist}
1610 }  
1611 \end{funcproto}
1612
1613 Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor, detto anche
1614 \textit{epoll descriptor}; si tratta di un file descriptor speciale (per cui
1615 \func{read} e \func{write} non sono supportate) che viene associato alla
1616 infrastruttura utilizzata dal kernel per gestire la notifica degli eventi, e
1617 che può a sua volta essere messo sotto osservazione con una chiamata a
1618 \func{select}, \func{poll} o \func{epoll\_ctl}; in tal caso risulterà pronto
1619 quando saranno disponibili eventi da notificare riguardo i file descriptor da
1620 lui osservati.\footnote{è anche possibile inviarlo ad un altro processo
1621   attraverso un socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}) ma
1622   l'operazione non ha alcun senso dato che il nuovo processo non avrà a
1623   disposizione le copie dei file descriptor messe sotto osservazione tramite
1624   esso.} Una volta che se ne sia terminato l'uso si potranno rilasciare tutte
1625 le risorse allocate chiudendolo semplicemente con \func{close}.
1626
1627 Nel caso di \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare
1628 l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
1629 controllo, e costituiva solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di
1630 risorse sufficienti, non un valore massimo, ma a partire dal kernel 2.6.8 esso
1631 viene totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.
1632
1633 La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata introdotta
1634 come estensione della precedente (è disponibile solo a partire dal kernel
1635 2.6.27) per poter passare dei flag di controllo come maschera binaria in fase
1636 di creazione del file descriptor. Al momento l'unico valore legale per
1637 \param{flags} (a parte lo zero) è \constd{EPOLL\_CLOEXEC}, che consente di
1638 impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
1639 \textit{close-on-exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec} e
1640 sez.~\ref{sec:file_shared_access}) senza che sia necessaria una successiva
1641 chiamata a \func{fcntl}.
1642
1643 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1644 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1645 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione di sistema
1646 dell'interfaccia, \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1647
1648 \begin{funcproto}{
1649 \fhead{sys/epoll.h}
1650 \fdecl{int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1651
1652 \fdesc{Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.}
1653 }
1654
1655 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
1656   caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1657   \begin{errlist}
1658   \item[\errcode{EBADF}] i file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1659     validi.
1660   \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1661     \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1662   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1663     con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1664     l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1665   \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1666     \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1667   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1668     l'operazione richiesta.
1669   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
1670     per utente di file descriptor da osservare imposto da
1671     \sysctlfiled{fs/epoll/max\_user\_watches}.
1672   \item[\errcode{EPERM}] il file associato a \param{fd} non supporta l'uso di
1673     \textit{epoll}.
1674   \end{errlist}
1675   }  
1676 \end{funcproto}
1677
1678 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1679 \textit{epoll}, \param{epfd}, che indica quale istanza di \textit{epoll} usare
1680 e deve pertanto essere stato ottenuto in precedenza con una chiamata a
1681 \func{epoll\_create} o \func{epoll\_create1}. L'argomento \param{fd} indica
1682 invece il file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo
1683 può essere un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche
1684 un altro file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1685
1686 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1687 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1688 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1689 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1690 delle operazioni cui fanno riferimento.
1691
1692 \begin{table}[htb]
1693   \centering
1694   \footnotesize
1695   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1696     \hline
1697     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1698     \hline
1699     \hline
1700     \constd{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1701                               \param{fd} alla lista dei file descriptor
1702                               controllati tramite \param{epfd}, in
1703                               \param{event} devono essere specificate le
1704                               modalità di osservazione.\\
1705     \constd{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1706                               descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1707                               \param{event}.\\
1708     \constd{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1709                               dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1710    \hline    
1711   \end{tabular}
1712   \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1713     operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.} 
1714   \label{tab:epoll_ctl_operation}
1715 \end{table}
1716
1717 % era stata aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE in previsione del kernel 3.7, vedi
1718 % http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
1719 % ma non è mai stata inserita.
1720
1721 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1722 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo utilizzando una serie
1723 di chiamate a \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è
1724   che queste chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor,
1725   incorrendo in una perdita di prestazioni qualora il numero di file
1726   descriptor sia molto grande; per questo è stato proposto di introdurre come
1727   estensione una funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con
1728   una sola chiamata le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso
1729 di \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1730 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1731 osservazione. Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file
1732 descriptor lo si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1733 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1734
1735 Anche se è possibile tenere sotto controllo lo stesso file descriptor in due
1736 istanze distinte di \textit{epoll} in genere questo è sconsigliato in quanto
1737 entrambe riceveranno le notifiche, e gestire correttamente le notifiche
1738 multiple richiede molta attenzione. Se invece si cerca di inserire due volte
1739 lo stesso file descriptor nella stessa istanza di \textit{epoll} la funzione
1740 fallirà con un errore di \errval{EEXIST}.  Tuttavia è possibile inserire nella
1741 stessa istanza file descriptor duplicati (si ricordi quanto visto in
1742 sez.~\ref{sec:file_dup}), una tecnica che può essere usata per registrarli con
1743 un valore diverso per \param{events} e classificare così diversi tipi di
1744 eventi.
1745
1746 Si tenga presente che quando si chiude un file descriptor questo, se era stato
1747 posto sotto osservazione da una istanza di \textit{epoll}, viene rimosso
1748 automaticamente solo nel caso esso sia l'unico riferimento al file aperto
1749 sottostante (più precisamente alla struttura \kstruct{file}, si ricordi
1750 fig.~\ref{fig:file_dup}) e non è necessario usare
1751 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}. Questo non avviene qualora esso sia stato duplicato
1752 (perché la suddetta struttura non viene disallocata) e si potranno ricevere
1753 eventi ad esso relativi anche dopo che lo si è chiuso; per evitare
1754 l'inconveniente è necessario rimuoverlo esplicitamente con
1755 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1756
1757 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1758 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1759 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1760 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1761 sotto controllo.  L'argomento viene ignorato con l'operazione
1762 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1763   che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
1764   partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
1765   vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
1766   puntatore valido.}
1767
1768 \begin{figure}[!htb]
1769   \footnotesize \centering
1770   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
1771     \includestruct{listati/epoll_event.h}
1772   \end{minipage} 
1773   \normalsize 
1774   \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1775     gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1776     \textit{epoll}.}
1777   \label{fig:epoll_event}
1778 \end{figure}
1779
1780 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1781 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1782 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1783 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti.  La sua
1784 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}. 
1785
1786 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1787 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1788 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1789 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Nella prima parte della tabella si sono indicate
1790 le costanti che permettono di indicare il tipo di evento, che sono le
1791 equivalenti delle analoghe di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} per
1792 \func{poll}. Queste sono anche quelle riportate nella struttura
1793 \struct{epoll\_event} restituita da \func{epoll\_wait} per indicare il tipo di
1794 evento presentatosi, insieme a quelle della seconda parte della tabella, che
1795 vengono comunque riportate anche se non le si sono impostate con
1796 \func{epoll\_ctl}. La terza parte della tabella contiene le costanti che
1797 modificano le modalità di notifica.
1798
1799 \begin{table}[htb]
1800   \centering
1801   \footnotesize
1802   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
1803     \hline
1804     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
1805     \hline
1806     \hline
1807     \constd{EPOLLIN}     & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1808                           (analogo di \const{POLLIN}).\\
1809     \constd{EPOLLOUT}    & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1810                           (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1811     \constd{EPOLLRDHUP}  & L'altro capo di un socket di tipo
1812                           \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1813                           ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1814                           della stessa (vedi
1815                           sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
1816     \constd{EPOLLPRI}    & Ci sono dati urgenti disponibili in lettura (analogo
1817                           di \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1818                           riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1819                           in ingresso.\\ 
1820     \hline
1821     \constd{EPOLLERR}    & Si è verificata una condizione di errore 
1822                           (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1823                           viene comunque riportata in uscita, e non è
1824                           necessaria impostarla in ingresso.\\
1825     \constd{EPOLLHUP}    & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
1826                           condizione viene comunque riportata in uscita, e non
1827                           è necessaria impostarla in ingresso.\\
1828     \hline
1829     \constd{EPOLLET}     & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1830                             triggered} per il file descriptor associato.\\ 
1831     \constd{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1832                           descriptor associato (questa modalità è disponibile
1833                           solo a partire dal kernel 2.6.2).\\
1834     \constd{EPOLLWAKEUP} & Attiva la prevenzione della sospensione del sistema
1835                           se il file descriptor che si è marcato con esso
1836                           diventa pronto (aggiunto a partire dal kernel 3.5),
1837                           può essere impostato solo dall'amministratore (o da
1838                           un processo con la capacità
1839                           \const{CAP\_BLOCK\_SUSPEND}).\\ 
1840     \hline
1841   \end{tabular}
1842   \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1843     \struct{epoll\_event}.}
1844   \label{tab:epoll_events}
1845 \end{table}
1846
1847 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
1848   ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo di
1849   un socket quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
1850
1851 % TODO aggiunto con il kernel 4.5  EPOLLEXCLUSIVE, vedi
1852 % http://lwn.net/Articles/633422/#excl 
1853
1854 Il secondo campo, \var{data}, è una \dirct{union} che serve a identificare il
1855 file descriptor a cui si intende fare riferimento, ed in astratto può
1856 contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse forme) che ne permetta
1857 una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo però è quello in cui si
1858 specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl} nella forma
1859 \var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo stesso valore
1860 dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata identificazione del
1861 file descriptor.
1862
1863 % TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
1864
1865 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1866 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1867 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1868 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.  
1869
1870 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1871 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1872 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1873 di dati in blocchi separati (questo è tipico con i socket di rete, in quanto i
1874 dati arrivano a pacchetti) può causare una generazione di eventi (ad esempio
1875 segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la condizione è già
1876 stata rilevata (si avrebbe cioè una rottura della logica \textit{edge
1877   triggered}).
1878
1879 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1880 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1881 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1882 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1883 automaticamente disattivato (la cosa avviene contestualmente al ritorno di
1884 \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione) e per essere riutilizzato
1885 dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva chiamata con
1886 \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1887
1888 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1889 i relativi eventi, la funzione di sistema che consente di attendere
1890 l'occorrenza di uno di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1891
1892 \begin{funcproto}{
1893 \fhead{sys/epoll.h}
1894 \fdecl{int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
1895   int timeout)}
1896
1897 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.}
1898 }
1899
1900 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1901   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1902   \begin{errlist}
1903   \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1904   \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1905   \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1906     della scadenza di \param{timeout}.
1907   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1908     con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1909   \end{errlist}
1910 }  
1911 \end{funcproto}
1912
1913 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1914 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1915 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1916 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1917 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1918 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1919 con l'argomento \param{maxevents}.
1920
1921 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1922 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1923 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1924 indica di non attendere e ritornare immediatamente (anche in questo caso il
1925 valore di ritorno sarà nullo) o il valore $-1$, che indica un'attesa
1926 indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre un intero
1927 positivo.
1928
1929 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1930 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1931 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1932 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1933 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1934 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1935 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1936 identificare il file descriptor, ed è per questo che, come accennato, è
1937 consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.
1938
1939 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1940 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1941 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1942 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1943 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1944 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1945 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1946 luce delle modifiche.
1947
1948 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1949 il ritorno di \func{epoll\_wait} avviene solo quando il file descriptor ha
1950 cambiato stato diventando pronto. Esso non sarà riportato nuovamente fino ad
1951 un altro cambiamento di stato, per cui occorre assicurarsi di aver
1952 completamente esaurito le operazioni su di esso.  Questa condizione viene
1953 generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di \errcode{EAGAIN} al
1954 ritorno di una \func{read} o una \func{write}, (è opportuno ricordare ancora
1955 una volta che l'uso dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui
1956 file in modalità non bloccante) ma questa non è la sola modalità possibile, ad
1957 esempio la condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono
1958 stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
1959
1960 Si tenga presente che in modalità \textit{edge triggered}, dovendo esaurire le
1961 attività di I/O dei file descriptor risultati pronti per poter essere
1962 rinotificati, la gestione elementare per cui li si trattano uno per uno in
1963 sequenza può portare ad un effetto denominato \textit{starvation}
1964 (``\textsl{carestia}'').  Si rischia cioè di concentrare le operazioni sul
1965 primo file descriptor che dispone di molti dati, prolungandole per tempi molto
1966 lunghi con un ritardo che può risultare eccessivo nei confronti di quelle da
1967 eseguire sugli altri che verrebbero dopo.  Per evitare questo tipo di
1968 problematiche viene consigliato di usare \func{epoll\_wait} per registrare un
1969 elenco dei file descriptor da gestire, e di trattarli a turno in maniera più
1970 equa.
1971
1972 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1973 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1974 contemporaneamente.  Valgono le osservazioni fatte in
1975 sez.~\ref{sec:file_select}, e per poterlo fare di nuovo è necessaria una
1976 variante della funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una
1977 maschera di segnali, analoga alle estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} che
1978 abbiamo visto in precedenza per \func{select} e \func{poll}. In questo caso la
1979 funzione di sistema si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funzione è
1980   stata introdotta a partire dal kernel 2.6.19, ed è, come tutta l'interfaccia
1981   di \textit{epoll}, specifica di Linux.} ed il suo prototipo è:
1982
1983 \begin{funcproto}{
1984 \fhead{sys/epoll.h}
1985 \fdecl{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, 
1986     int timeout, \\
1987 \phantom{int epoll\_pwait(}const sigset\_t *sigmask)}
1988
1989 \fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando
1990     i segnali.}  }
1991
1992 {La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
1993   $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già
1994   visti con \func{epoll\_wait}.
1995
1996 }  
1997 \end{funcproto}
1998
1999 La funzione è del tutto analoga \func{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
2000 uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
2001 l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
2002 la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
2003 in maniera atomica:
2004 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c} 
2005
2006 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
2007 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
2008 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
2009 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
2010 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
2011 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
2012 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
2013
2014 \itindend{epoll}
2015
2016
2017 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
2018 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
2019
2020 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
2021 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
2022 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
2023 l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili \textit{race
2024   condition} sono state introdotte estensioni dello standard POSIX e funzioni
2025 apposite come \func{pselect}, \func{ppoll} e \func{epoll\_pwait}.
2026
2027 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
2028 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
2029 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
2030 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
2031 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
2032 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
2033 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
2034 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
2035 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
2036 \textsl{sincrona}, come quelle dell'\textit{I/O multiplexing} appena
2037 illustrate.
2038
2039 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
2040 gli eventi a cui deve reagire in maniera sincrona generando le opportune
2041 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
2042 asincrone in qualunque momento.  Questo comporta la necessità di dover
2043 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
2044 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
2045 \textit{race conditions}. In sostanza se non ci fossero i segnali non ci
2046 sarebbe da preoccuparsi, fintanto che si effettuano operazioni all'interno di
2047 un processo, della non atomicità delle \textit{system call} lente che vengono
2048 interrotte e devono essere riavviate.
2049
2050 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
2051 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
2052 sincrona dei segnali, con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
2053 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
2054 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
2055 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
2056 di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
2057 controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
2058 simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
2059 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
2060 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
2061 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
2062
2063 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
2064 introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
2065 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
2066 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
2067 opportuni file descriptor. Ovviamente si tratta di una funzionalità specifica
2068 di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista da nessuno
2069 standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.
2070
2071 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
2072 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
2073 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
2074 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
2075 osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
2076 dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \func{epoll\_wait}) allo
2077 stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
2078 attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
2079 accesso ai dati relativi a questi ultimi.
2080
2081 La funzione di sistema che permette di abilitare la ricezione dei segnali
2082 tramite file descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella
2083   riportata è l'interfaccia alla funzione fornita dalla \acr{glibc}, esistono
2084   infatti due versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
2085   \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con la
2086   \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
2087   versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
2088   che viene sempre usata a partire dalla \acr{glibc} 2.9, che prende un
2089   argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
2090   maschera dei segnali, il cui valore viene impostato automaticamente dalla
2091   \acr{glibc}.}  il cui prototipo è:
2092
2093 \begin{funcproto}{
2094 \fhead{sys/signalfd.h}
2095 \fdecl{int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
2096
2097 \fdesc{Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.}
2098 }
2099
2100 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2101   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2102   \begin{errlist}
2103   \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
2104   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2105     con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
2106   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2107     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode}
2108     associati al file descriptor.
2109   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2110     descriptor di \func{signalfd}.
2111   \end{errlist}
2112   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2113   
2114 }  
2115 \end{funcproto}
2116
2117 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
2118 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
2119 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
2120 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
2121 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
2122 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
2123 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
2124 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
2125 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
2126
2127 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
2128 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
2129 puntatore ad una maschera di segnali creata con l'uso delle apposite macro già
2130 illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La maschera deve indicare su quali
2131 segnali si intende operare con \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato
2132 con una successiva chiamata a \func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e
2133 \signal{SIGSTOP} non possono essere intercettati (e non prevedono neanche la
2134 possibilità di un gestore) un loro inserimento nella maschera verrà ignorato
2135 senza generare errori.
2136
2137 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
2138 creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
2139 impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
2140 impostazione successiva con \func{fcntl} (si ricordi che questo è un argomento
2141 aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
2142 per kernel precedenti il valore deve essere nullo).  L'argomento deve essere
2143 specificato come maschera binaria dei valori riportati in
2144 tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
2145
2146 \begin{table}[htb]
2147   \centering
2148   \footnotesize
2149   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2150     \hline
2151     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2152     \hline
2153     \hline
2154     \constd{SFD\_NONBLOCK}&imposta sul file descriptor il flag di
2155                            \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2156     \constd{SFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2157                            chiusura automatica del file descriptor nella
2158                            esecuzione di \func{exec}.\\
2159     \hline    
2160   \end{tabular}
2161   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
2162     che consentono di impostare i flag del file descriptor.} 
2163   \label{tab:signalfd_flags}
2164 \end{table}
2165
2166 Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
2167 ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
2168 la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
2169 esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
2170 verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
2171 installato in precedenza). Il blocco non ha invece nessun effetto sul file
2172 descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile pertanto
2173 ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.
2174
2175 Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
2176 \struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
2177 esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
2178 più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
2179 condizioni di gestione, né da un gestore, né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
2180
2181 Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
2182 il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
2183 dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
2184 \func{poll} e \func{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
2185 uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
2186
2187 La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
2188 così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
2189 diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
2190 con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
2191 ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
2192 dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
2193 soltanto una volta. Questo significa che tutti i file descriptor su cui è
2194 presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le funzioni di
2195 \textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su uno di essi il
2196 segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non saranno più
2197 disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una ulteriore
2198 occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.
2199
2200 Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
2201 essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
2202 tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
2203 potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
2204 imposto con \func{sigprocmask}.
2205
2206 Oltre a poter essere usato con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing}, il
2207 file descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di
2208 un sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
2209 resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
2210 \func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
2211 \const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il 
2212 \textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
2213 anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
2214 pendenti attraverso una \func{exec}.
2215
2216 Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
2217 \func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
2218 il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
2219 ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
2220 la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
2221 possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
2222 direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
2223 \textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
2224
2225 L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
2226 sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
2227 restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}.  Qualora non vi
2228 siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
2229 impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
2230 in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
2231 successivo con \func{fcntl}.  
2232
2233 \begin{figure}[!htb]
2234   \footnotesize \centering
2235   \begin{minipage}[c]{0.95\textwidth}
2236     \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
2237   \end{minipage} 
2238   \normalsize 
2239   \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
2240     un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
2241   \label{fig:signalfd_siginfo}
2242 \end{figure}
2243
2244 I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
2245 secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
2246 strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
2247 fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
2248 del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
2249 di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
2250 dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
2251 ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
2252 \struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
2253
2254 \begin{figure}[!htb]
2255   \footnotesize \centering
2256   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2257     \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
2258   \end{minipage} 
2259   \normalsize 
2260   \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
2261     \file{FifoReporter.c}.}
2262   \label{fig:fiforeporter_code_init}
2263 \end{figure}
2264
2265 Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella
2266 dell'analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
2267 fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
2268 restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
2269 avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
2270 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
2271   che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
2272   \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
2273
2274 Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
2275 della interfaccia di \textit{epoll}, si è scritto un programma elementare che
2276 stampi sullo \textit{standard output} sia quanto viene scritto da terzi su una
2277 \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali.  Il codice
2278 completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
2279 \texttt{FifoReporter.c}).
2280
2281 In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
2282 programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
2283 l'uso di \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire (\texttt{\small 12-16})
2284 dalla definizione delle varie variabili e strutture necessarie. Al solito si è
2285 tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle opzioni che consentono ad
2286 esempio di cambiare il nome del file associato alla \textit{fifo}.
2287
2288 Il primo passo (\texttt{\small 19-20}) è la creazione di un file descriptor
2289 \texttt{epfd} di \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è quello che
2290 useremo per il controllo degli altri.  É poi necessario disabilitare la
2291 ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT}, \signal{SIGQUIT} e
2292 \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite file
2293 descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22-25}) in una
2294 maschera di segnali \texttt{sigmask} che useremo con (\texttt{\small 26})
2295 \func{sigprocmask} per disabilitarli.  Con la stessa maschera si potrà per
2296 passare all'uso (\texttt{\small 28-29}) di \func{signalfd} per abilitare la
2297 notifica sul file descriptor \var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30-33})
2298 dovrà essere aggiunto con \func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor
2299 controllati con \texttt{epfd}.
2300
2301 Occorrerà infine (\texttt{\small 35-38}) creare la \textit{named fifo} se
2302 questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39-40}); una volta
2303 fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
2304 (\var{fifofd}) a quelli osservati da \textit{epoll} in maniera del tutto
2305 analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei segnali.
2306
2307 \begin{figure}[!htb]
2308   \footnotesize \centering
2309   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
2310     \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
2311   \end{minipage} 
2312   \normalsize 
2313   \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
2314   \label{fig:fiforeporter_code_body}
2315 \end{figure}
2316
2317 Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
2318 ciclo principale del programma (\texttt{\small 2-45}) che si è riportato in
2319 fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
2320 segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
2321 ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2-3}) la presenza di un file
2322 descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait} (si ricordi che entrambi i
2323 file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in osservazioni
2324 per eventi di tipo \const{EPOLLIN}) che si bloccherà fintanto che non siano
2325 stati scritti dati sulla \textit{fifo} o che non sia arrivato un
2326 segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
2327   \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
2328   quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
2329   tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
2330   programma.}
2331
2332 Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
2333 è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
2334 all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5-44}) sul numero
2335 restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
2336 \var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
2337 del file descriptor riconosciuto come pronto, controllando cioè a quale dei
2338 due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
2339 \var{events[i].data.fd}.
2340
2341 Il primo condizionale (\texttt{\small 6-24}) è relativo al caso che si sia
2342 ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
2343 (\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
2344 anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
2345 una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
2346 all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8-24}) che prosegue fintanto che vi
2347 siano dati da leggere.
2348
2349 Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9-14}) se il valore di
2350 ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
2351 (\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
2352 (\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
2353 \errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati. Si ricordi infatti come
2354 sia la \textit{fifo} che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
2355 modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
2356 pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non vi
2357 saranno più dati da leggere.
2358
2359 In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
2360 (\texttt{\small 19-20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
2361 struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf} ed il \textit{pid}
2362 del processo da cui lo ha ricevuto;\footnote{per la stampa si è usato il
2363   vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale corrisponde il nome
2364   del segnale avente il numero corrispondente, la cui definizione si è omessa
2365   dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} per brevità.} inoltre
2366 (\texttt{\small 21-24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
2367 \signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
2368 del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
2369   fifo}.
2370  
2371 Il secondo condizionale (\texttt{\small 26-39}) è invece relativo al caso in
2372 cui ci siano dati pronti in lettura sulla \textit{fifo} e che il file
2373 descriptor pronto corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si
2374 effettueranno le letture in un ciclo (\texttt{\small 28-39}) ripetendole fin
2375 tanto che la funzione \func{read} non restituisce un errore di
2376 \errcode{EAGAIN} (\texttt{\small 29-35}). Il procedimento è lo stesso adottato
2377 per il file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in
2378 caso di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire
2379 si stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.
2380
2381 Se invece vi sono dati validi letti dalla \textit{fifo} si inserirà
2382 (\texttt{\small 36}) una terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il
2383 tutto (\texttt{\small 37-38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo
2384 condizionale (\texttt{\small 40-44}) è semplicemente una condizione di cattura
2385 per una eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta
2386 alla uscita dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
2387
2388 A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
2389 osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
2390 il programma otterremo qualcosa del tipo:
2391 \begin{Console}
2392 piccardi@hain:~/gapil/sources$ \textbf{./a.out} 
2393 FifoReporter starting, pid 4568
2394 \end{Console}
2395 %$
2396 e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
2397 \begin{Console}
2398 root@hain:~# \textbf{echo prova > /tmp/reporter.fifo}  
2399 \end{Console}
2400 si otterrà:
2401 \begin{Console}
2402 Message from fifo:
2403 prova
2404 end message
2405 \end{Console}
2406 mentre inviando un segnale:
2407 \begin{Console}
2408 root@hain:~# \textbf{kill 4568}
2409 \end{Console}
2410 si avrà:
2411 \begin{Console}
2412 Signal received:
2413 Got SIGTERM       
2414 From pid 3361
2415 \end{Console}
2416 ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
2417 vedrà:
2418 \begin{Console}
2419 ^\\Signal received:
2420 Got SIGQUIT       
2421 From pid 0
2422 \end{Console}
2423 e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
2424 \begin{Console}
2425 ^CSignal received:
2426 Got SIGINT        
2427 From pid 0
2428 SIGINT means exit
2429 \end{Console}
2430
2431 Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
2432 stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
2433 sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
2434 file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
2435 segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
2436 utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
2437 stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
2438 timer. In realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd} per
2439 ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia semplifica
2440 notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola \textit{system
2441   call}.
2442
2443 Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
2444 analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
2445 abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
2446   interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
2447   2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
2448   reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
2449   supporto nella \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
2450   2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
2451   supportata e non deve essere usata.} La prima funzione di sistema prevista,
2452 quella che consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui
2453 prototipo è:
2454
2455 \begin{funcproto}{
2456 \fhead{sys/timerfd.h}
2457 \fdecl{int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
2458
2459 \fdesc{Crea un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2460 }
2461
2462 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2463   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2464   \begin{errlist}
2465   \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
2466     \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
2467     l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
2468     precedenti il 2.6.27.
2469   \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
2470     dispositivo per la gestione anonima degli \textit{inode} associati al file
2471     descriptor.
2472   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
2473     descriptor di \func{signalfd}.
2474   \end{errlist}
2475   ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
2476 }  
2477 \end{funcproto}
2478
2479 La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
2480 orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
2481 funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
2482 tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
2483 \const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
2484 come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
2485 bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
2486 restituito,\footnote{il flag è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27,
2487   per le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve
2488 essere specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
2489 tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
2490
2491 \begin{table}[htb]
2492   \centering
2493   \footnotesize
2494   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2495     \hline
2496     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2497     \hline
2498     \hline
2499     \constd{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
2500                             \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\ 
2501     \constd{TFD\_CLOEXEC} & imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
2502                             chiusura automatica del file descriptor nella
2503                             esecuzione di \func{exec}.\\
2504     \hline    
2505   \end{tabular}
2506   \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
2507     \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
2508     descriptor.}  
2509   \label{tab:timerfd_flags}
2510 \end{table}
2511
2512 In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
2513 verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
2514 \func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
2515 unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec} (a meno che
2516 non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
2517 \const{TFD\_CLOEXEC}) e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
2518 ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
2519 di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
2520 timer impostati con le funzioni ordinarie. Si ricordi infatti che, come
2521 illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali pendenti nel
2522 padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.
2523
2524 Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
2525 occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
2526 periodicità di ripetizione, per farlo si usa una funzione di sistema omologa
2527 di \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
2528 \funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
2529
2530 \begin{funcproto}{
2531 \fhead{sys/timerfd.h}
2532 \fdecl{int timerfd\_settime(int fd, int flags,
2533                            const struct itimerspec *new\_value,\\
2534 \phantom{int timerfd\_settime(}struct itimerspec *old\_value)}
2535
2536 \fdesc{Arma un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
2537 }
2538
2539 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2540   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2541   \begin{errlist}
2542   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2543     descriptor. 
2544   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
2545     puntatori validi.
2546   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2547     con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
2548     \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
2549   \end{errlist}
2550 }  
2551 \end{funcproto}
2552
2553 In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
2554 come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
2555 stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
2556 argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
2557 \func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
2558 (vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
2559
2560 I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
2561 stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
2562 ripetere quanto detto in quell'occasione; per brevità si ricordi che
2563 con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
2564 con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità.  L'unica differenza
2565 riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
2566 scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
2567 corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
2568 valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e \constd{TFD\_TIMER\_ABSTIME}
2569 (l'analogo di \const{TIMER\_ABSTIME}).
2570
2571 L'ultima funzione di sistema prevista dalla nuova interfaccia è
2572 \funcd{timerfd\_gettime}, che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo
2573 prototipo è:
2574
2575 \begin{funcproto}{
2576 \fhead{sys/timerfd.h}
2577 \fdecl{int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
2578
2579 \fdesc{Legge l'impostazione di un timer associato ad un file descriptor di
2580   notifica.} 
2581 }
2582
2583 {La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
2584   per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2585   \begin{errlist}
2586   \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non corrisponde ad un file
2587     descriptor. 
2588   \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
2589     con \func{timerfd\_create}.
2590   \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
2591   \end{errlist}
2592 }  
2593 \end{funcproto}
2594
2595 La funzione consente di rileggere le impostazioni del timer associato al file
2596 descriptor \param{fd} nella struttura \struct{itimerspec} puntata
2597 da \param{curr\_value}. Il campo \var{it\_value} riporta il tempo rimanente
2598 alla prossima scadenza del timer, che viene sempre espresso in forma relativa,
2599 anche se lo si è armato specificando \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}. Un valore
2600 nullo (di entrambi i campi di \var{it\_value}) indica invece che il timer non
2601 è stato ancora armato. Il campo \var{it\_interval} riporta la durata
2602 dell'intervallo di ripetizione del timer, ed un valore nullo (di entrambi i
2603 campi) indica che il timer è stato impostato per scadere una sola volta.
2604
2605 Il timer creato con \func{timerfd\_create} notificherà la sua scadenza
2606 rendendo pronto per la lettura il file descriptor ad esso associato, che
2607 pertanto potrà essere messo sotto controllo con una qualunque delle varie
2608 funzioni dell'I/O multiplexing viste in precedenza. Una volta che il file
2609 descriptor risulta pronto sarà possibile leggere il numero di volte che il
2610 timer è scaduto con una ordinaria \func{read}. 
2611
2612 La funzione legge il valore in un dato di tipo \typed{uint64\_t}, e necessita
2613 pertanto che le si passi un buffer di almeno 8 byte, fallendo con
2614 \errval{EINVAL} in caso contrario, in sostanza la lettura deve essere
2615 effettuata con una istruzione del tipo:
2616 \includecodesnip{listati/readtimerfd.c} 
2617
2618 Il valore viene restituito da \func{read} seguendo l'ordinamento dei bit
2619 (\textit{big-endian} o \textit{little-endian}) nativo della macchina in uso,
2620 ed indica il numero di volte che il timer è scaduto dall'ultima lettura
2621 eseguita con successo, o, se lo si legge per la prima volta, da quando lo si è
2622 impostato con \func{timerfd\_settime}. Se il timer non è scaduto la funzione
2623 si blocca fino alla prima scadenza, a meno di non aver creato il file
2624 descriptor in modalità non bloccante con \const{TFD\_NONBLOCK} o aver
2625 impostato la stessa con \func{fcntl}, nel qual caso fallisce con l'errore di
2626 \errval{EAGAIN}.
2627
2628
2629 % TODO trattare qui eventfd introdotto con il 2.6.22 
2630
2631
2632 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
2633 \label{sec:file_asyncronous_operation}
2634
2635 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
2636 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
2637 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
2638 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
2639 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
2640 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
2641 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
2642 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
2643 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \textit{inotify}),
2644 per essere avvisato della possibilità di eseguire le operazioni di I/O volute.
2645
2646
2647 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
2648 \label{sec:signal_driven_io}
2649
2650 \itindbeg{signal~driven~I/O}
2651
2652 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
2653 \const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
2654 anche se in realtà è opportuno attivare in un secondo tempo questa modalità
2655 impostando questo flag attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando
2656 \const{F\_SETFL} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}).\footnote{l'uso del
2657   flag di \const{O\_ASYNC} e dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN}
2658   per \func{fcntl} è specifico di Linux e BSD.}  In realtà parlare di apertura
2659 in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
2660 del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
2661 più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2662 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2663 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2664 questo modo.
2665
2666 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità il sistema
2667 genera un apposito segnale, \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa
2668 possibile leggere o scrivere dal file descriptor; si tenga presente però che
2669 essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo con socket, file di
2670 terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal kernel 2.6, per
2671 \textit{fifo} e \textit{pipe}. Inoltre è possibile, come illustrato in
2672 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando \const{F\_SETOWN}
2673 di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi dovrà ricevere il
2674 segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le operazioni di I/O in
2675 risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la necessità di restare
2676 bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai file.
2677
2678 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2679
2680 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2681 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''.  Si tratta di un'altra
2682 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di
2683 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2684   sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2685   kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2686   ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2687   \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2688 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2689 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2690 buone prestazioni.
2691
2692 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2693 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2694 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2695 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2696 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2697 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2698 verrebbero notificati una volta sola.
2699
2700 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali \textit{real-time}, che
2701 vengono accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha
2702 emessi.  In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni
2703 aggiuntive restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando
2704 la forma estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2705 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2706 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2707
2708 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali
2709 \textit{real-time} (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando
2710 esplicitamente con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale
2711 \textit{real-time} da inviare in caso di I/O asincrono (il segnale predefinito
2712 è \signal{SIGIO}). In questo caso il gestore, tutte le volte che riceverà
2713 \const{SI\_SIGIO} come valore del campo \var{si\_code} di \struct{siginfo\_t},
2714 troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato
2715 il segnale. Si noti che il valore di\var{si\_code} resta \const{SI\_SIGIO}
2716 qualunque sia il segnale che si è associato all'I/O, in quanto indica che il
2717 segnale è stato generato a causa di attività di I/O.
2718
2719 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali \textit{real-time} è che essendo
2720 questi ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad
2721 uno solo file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità
2722 nella risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali
2723 \textit{real-time} supportano anche questa funzionalità. In questo modo si può
2724 identificare immediatamente un file su cui l'accesso è diventato possibile
2725 evitando completamente l'uso di funzioni come \func{poll} e \func{select},
2726 almeno fintanto che non si satura la coda.
2727
2728 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2729 più assicurare il comportamento corretto per un segnale \textit{real-time},
2730 invierà al suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati
2731 tutti i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali
2732 sono i file diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non
2733 avvenga è di impostare la lunghezza della coda dei segnali \textit{real-time}
2734 ad una dimensione identica al valore massimo del numero di file descriptor
2735 utilizzabili, vale a dire impostare il contenuto di
2736 \sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2737 \sysctlfile{fs/file-max}.
2738
2739 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2740
2741 \itindend{signal~driven~I/O}
2742
2743
2744
2745 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2746 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2747
2748 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2749 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La risposta, o
2750 meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ \cite{UnixFAQ} viene
2751 anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered Question}, è che
2752 nell'architettura classica di Unix questo non è possibile. Al contrario di
2753 altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like classico non prevedeva
2754 alcun meccanismo per cui un processo possa essere \textsl{notificato} di
2755 eventuali modifiche avvenute su un file. 
2756
2757 Questo è il motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2758 modo se il loro file di configurazione è stato modificato, perché possano
2759 rileggerlo e riconoscere le modifiche; in genere questo vien fatto inviandogli
2760 un segnale di \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran
2761 parte di detti programmi, causa la rilettura della configurazione.
2762
2763 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2764 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2765 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2766 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2767 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2768 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2769 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2770 lasciare tutto il resto a processi in \textit{user space}, non era stata
2771 prevista nessuna funzionalità di notifica.
2772
2773 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2774 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2775 interfaccia grafica quando si deve presentare all'utente lo stato del
2776 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2777 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2778 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2779 \textit{polling}.
2780
2781 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2782 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2783 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2784 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2785 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2786 sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2787 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
2788
2789 \itindbeg{file~lease} 
2790
2791 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2792 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2793   holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2794 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2795 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2796 \textit{lease}.  La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in
2797 precedenza per l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al
2798 \textit{lease holder} il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere
2799 modificato usando il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} (anche in
2800 questo caso si può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}).
2801
2802 Se si è fatto questo (ed in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per
2803 utilizzare segnali \textit{real-time}) e se inoltre si è installato il gestore
2804 del segnale con \const{SA\_SIGINFO} si riceverà nel campo \var{si\_fd} della
2805 struttura \struct{siginfo\_t} il valore del file descriptor del file sul quale
2806 è stato compiuto l'accesso; in questo modo un processo può mantenere anche più
2807 di un \textit{file lease}.
2808
2809 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2810 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2811 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2812 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2813 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2814 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2815
2816 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
2817 che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
2818 viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
2819 descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
2820 file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
2821 (acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
2822 dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
2823 tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2824
2825 \begin{table}[htb]
2826   \centering
2827   \footnotesize
2828   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2829     \hline
2830     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2831     \hline
2832     \hline
2833     \constd{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2834     \constd{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2835     \constd{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2836     \hline    
2837   \end{tabular}
2838   \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2839     \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2840     \const{F\_GETLEASE}.} 
2841   \label{tab:file_lease_fctnl}
2842 \end{table}
2843
2844 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2845 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2846 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2847 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2848 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2849 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2850
2851 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2852 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2853 (\textit{pipe} e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non
2854 privilegiato può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente
2855 ad un \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2856 privilegi di amministratore (cioè con la capacità \const{CAP\_LEASE}, vedi
2857 sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire \textit{lease} su qualunque
2858 file.
2859
2860 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2861 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2862 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2863   se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2864     lease}.} la funzione si blocca (a meno di non avere aperto il file con
2865 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore di
2866 \errcode{EWOULDBLOCK}) e viene eseguita la notifica al \textit{lease holder},
2867 così che questo possa completare le sue operazioni sul file e rilasciare il
2868 \textit{lease}.  In sostanza con un \textit{read lease} si rilevano i
2869 tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un altro
2870 processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i tentativi di
2871 accesso in lettura.  Si noti comunque che le operazioni di notifica avvengono
2872 solo in fase di apertura del file e non sulle singole operazioni di lettura e
2873 scrittura.
2874
2875 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2876 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2877 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2878 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2879 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2880 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2881 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2882 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2883 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2884 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2885 \const{F\_RDLCK}.
2886
2887 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2888 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2889 \sysctlfiled{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo o
2890 declassarlo automaticamente (questa è una misura di sicurezza per evitare che
2891 un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file acquisendo un
2892 \textit{lease}). Una volta che un \textit{lease} è stato rilasciato o
2893 declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal kernel è lo
2894 stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal \textit{lease
2895   breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2896
2897 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2898 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2899 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2900 directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
2901   principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
2902   comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
2903   interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
2904   di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
2905 gestione dei file dei vari desktop grafici.
2906
2907 \itindbeg{dnotify}
2908
2909 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2910 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2911   specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2912   portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2913   stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2914 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2915 dei file in essa contenuti, viene modificato.  Come per i \textit{file lease}
2916 la notifica avviene di default attraverso il segnale \signal{SIGIO}, ma se ne
2917 può utilizzare un altro, e di nuovo, per le ragioni già esposte in precedenza,
2918 è opportuno che si utilizzino dei segnali \textit{real-time}.  Inoltre, come
2919 in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file descriptor
2920 che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2921 \struct{siginfo\_t}.
2922
2923 \itindend{file~lease}
2924
2925 \begin{table}[htb]
2926   \centering
2927   \footnotesize
2928   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2929     \hline
2930     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
2931     \hline
2932     \hline
2933     \constd{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2934                           \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\ 
2935     \constd{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2936                           fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev}, 
2937                           \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\ 
2938     \constd{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2939                           l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2940                           \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2941                           \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2942                           directory).\\
2943     \constd{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2944                           l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2945                           (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2946     \constd{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2947                           directory (con \func{rename}).\\
2948     \constd{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2949                           l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2950                           \func{utime}.\\ 
2951     \constd{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2952                             eventi.\\ 
2953     \hline    
2954   \end{tabular}
2955   \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2956     si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.} 
2957   \label{tab:file_notify}
2958 \end{table}
2959
2960 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2961 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2962 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2963 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2964 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2965 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2966 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2967
2968 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2969 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2970 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2971 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2972 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2973 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2974 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2975 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2976 nelle precedenti.  Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2977 specificare un valore nullo.
2978
2979 \itindbeg{inotify}
2980
2981 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2982 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2983 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2984 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2985 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2986 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2987 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2988
2989 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2990 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2991 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2992 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2993 numero di file).  Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2994 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2995 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}.  Per tutta questa serie di motivi in generale
2996 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2997 problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
2998
2999 \itindend{dnotify}
3000
3001 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
3002 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
3003 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
3004   2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.}  Anche
3005 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
3006 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
3007 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
3008 di risolvere il principale problema di \textit{dnotify}.  La coda viene creata
3009 attraverso la funzione di sistema \funcd{inotify\_init}, il cui prototipo è:
3010
3011 \begin{funcproto}{
3012 \fhead{sys/inotify.h}
3013 \fdecl{int inotify\_init(void)}
3014 \fdesc{Inizializza una istanza di \textit{inotify}.}
3015 }
3016
3017 {La funzione ritornaun file descriptor in caso di successo, o $-1$ in caso di
3018   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3019   \begin{errlist}
3020   \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
3021     \textit{inotify} consentite all'utente.
3022   \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
3023     nel sistema.
3024   \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
3025     l'istanza.
3026   \end{errlist}
3027 }
3028 \end{funcproto}
3029
3030 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
3031 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
3032 effettuate le operazioni di notifica; si tratta di un file descriptor speciale
3033 che non è associato a nessun file su disco, e che viene utilizzato solo per
3034 notificare gli eventi che sono stati posti in osservazione. Per evitare abusi
3035 delle risorse di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero
3036 limitato di istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di
3037 128, ma questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3038 \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_instances}.
3039
3040 Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o directory
3041 reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui file sono
3042 tenuti sotto osservazione viene completamente eliminato; anzi, una delle
3043 capacità dell'interfaccia di \textit{inotify} è proprio quella di notificare
3044 il fatto che il filesystem su cui si trova il file o la directory osservata è
3045 stato smontato.
3046
3047 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
3048 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
3049 con l'interfaccia di \textit{epoll}, ed a partire dal kernel 2.6.25 è stato
3050 introdotto anche il supporto per il \texttt{signal-driven I/O}.  Siccome gli
3051 eventi vengono notificati come dati disponibili in lettura, dette funzioni
3052 ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica.
3053
3054 Così, invece di dover utilizzare i segnali, considerati una pessima scelta dal
3055 punto di vista dell'interfaccia utente, si potrà gestire l'osservazione degli
3056 eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
3057 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
3058 l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
3059 risorse allocate saranno automaticamente rilasciate. Infine l'interfaccia di
3060 \textit{inotify} consente di mettere sotto osservazione, oltre che una
3061 directory, anche singoli file.
3062
3063 Una volta creata la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere
3064 sotto osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di
3065   osservazione} (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire
3066 la lista di osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni di sistema, la
3067 prima di queste è \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
3068
3069 \begin{funcproto}{
3070 \fhead{sys/inotify.h}
3071 \fdecl{int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
3072 \fdesc{Aggiunge un evento di osservazione a una lista di osservazione.} 
3073 }
3074
3075 {La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo, o $-1$ per un
3076   errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3077   \begin{errlist}
3078   \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
3079   \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
3080     non è un file descriptor di \textit{inotify}.
3081   \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
3082     osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
3083   \end{errlist}
3084   ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF} nel loro
3085   significato generico.}
3086 \end{funcproto}
3087
3088 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
3089 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
3090 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
3091 nell'argomento \param{fd}, che ovviamente dovrà essere un file descriptor
3092 creato con \func{inotify\_init}.  Il file o la directory da porre sotto
3093 osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
3094 nell'argomento \param{pathname}.  Infine il terzo argomento, \param{mask},
3095 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
3096 modalità della stessa.  L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
3097 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
3098   caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
3099   valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
3100   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre un solo
3101 file descriptor.
3102
3103 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
3104 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
3105 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
3106 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
3107 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
3108 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene.  Nella seconda
3109 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
3110 flag della prima parte.
3111
3112 \begin{table}[htb]
3113   \centering
3114   \footnotesize
3115   \begin{tabular}[c]{|l|c|p{8cm}|}
3116     \hline
3117     \textbf{Valore}  & & \textbf{Significato} \\
3118     \hline
3119     \hline
3120     \constd{IN\_ACCESS}        &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
3121                                            lettura.\\  
3122     \constd{IN\_ATTRIB}        &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
3123                                            dell'\textit{inode}
3124                                            (o sugli attributi estesi, vedi
3125                                            sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\ 
3126     \constd{IN\_CLOSE\_WRITE}  &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3127                                            scrittura.\\  
3128     \constd{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
3129                                            sola lettura.\\
3130     \constd{IN\_CREATE}        &$\bullet$& È stato creato un file o una
3131                                            directory in una directory sotto
3132                                            osservazione.\\  
3133     \constd{IN\_DELETE}        &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
3134                                            directory in una directory sotto
3135                                            osservazione.\\ 
3136     \constd{IN\_DELETE\_SELF}  & --      & È stato cancellato il file (o la
3137                                           directory) sotto osservazione.\\ 
3138     \constd{IN\_MODIFY}        &$\bullet$& È stato modificato il file.\\ 
3139     \constd{IN\_MOVE\_SELF}    &         & È stato rinominato il file (o la
3140                                            directory) sotto osservazione.\\ 
3141     \constd{IN\_MOVED\_FROM}   &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
3142                                            directory sotto osservazione.\\ 
3143     \constd{IN\_MOVED\_TO}     &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
3144                                            directory sotto osservazione.\\ 
3145     \constd{IN\_OPEN}          &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\ 
3146     \hline    
3147     \constd{IN\_CLOSE}         &         & Combinazione di
3148                                            \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
3149                                            \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\  
3150     \constd{IN\_MOVE}          &         & Combinazione di
3151                                            \const{IN\_MOVED\_FROM} e
3152                                            \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
3153     \constd{IN\_ALL\_EVENTS}   &         & Combinazione di tutti i flag
3154                                            possibili.\\
3155     \hline    
3156   \end{tabular}
3157   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3158     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
3159     tipo di evento da tenere sotto osservazione.} 
3160   \label{tab:inotify_event_watch}
3161 \end{table}
3162
3163 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
3164 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
3165 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
3166 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
3167   \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
3168   usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.}  riportati in
3169 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
3170 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
3171 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
3172
3173 \begin{table}[htb]
3174   \centering
3175   \footnotesize
3176   \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
3177     \hline
3178     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3179     \hline
3180     \hline
3181     \constd{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
3182                                link simbolico.\\
3183     \constd{IN\_MASK\_ADD}   & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
3184                                nell'argomento \param{mask}, invece di
3185                                sovrascriverli.\\
3186     \constd{IN\_ONESHOT}     & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per
3187                                una sola volta, rimuovendolo poi dalla
3188                                \textit{watch list}.\\ 
3189     \constd{IN\_ONLYDIR}     & Se \param{pathname} è una directory riporta
3190                                soltanto gli eventi ad essa relativi e non
3191                                quelli per i file che contiene.\\ 
3192     \hline    
3193   \end{tabular}
3194   \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
3195     dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
3196     modalità di osservazione.} 
3197   \label{tab:inotify_add_watch_flag}
3198 \end{table}
3199
3200 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
3201 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
3202 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
3203 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
3204 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
3205
3206 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
3207 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
3208 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
3209 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
3210 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
3211 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
3212 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
3213 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
3214 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
3215
3216 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
3217 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
3218   kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
3219 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
3220 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
3221 sarà più notificato.
3222
3223 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
3224 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
3225 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
3226 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
3227 la eventuale rimozione dello stesso. 
3228
3229 La seconda funzione di sistema per la gestione delle code di notifica, che
3230 permette di rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch},
3231 ed il suo prototipo è:
3232
3233 \begin{funcproto}{
3234 \fhead{sys/inotify.h}
3235 \fdecl{int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
3236 \fdesc{Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.} 
3237 }
3238
3239 {La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
3240   caso \var{errno} assumerà uno dei valori: 
3241   \begin{errlist}
3242   \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
3243     valido.
3244   \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
3245     non è associato ad una coda di notifica.
3246   \end{errlist}
3247 }
3248 \end{funcproto}
3249
3250 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
3251 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
3252 \param{wd}; ovviamente deve essere usato per questo argomento un valore
3253 ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore di
3254 \errval{EINVAL}. In caso di successo della rimozione, contemporaneamente alla
3255 cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
3256 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
3257 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
3258 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
3259 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
3260 \func{inotify\_rm\_watch}.
3261
3262 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
3263 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
3264 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
3265 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
3266 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
3267 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
3268 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
3269 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
3270
3271 \begin{figure}[!htb]
3272   \footnotesize \centering
3273   \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
3274     \includestruct{listati/inotify_event.h}
3275   \end{minipage} 
3276   \normalsize 
3277   \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
3278     \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
3279   \label{fig:inotify_event}
3280 \end{figure}
3281
3282 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
3283 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
3284 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}), il numero di byte disponibili
3285 in lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
3286 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
3287   (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
3288   e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
3289 utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
3290 lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
3291 il numero di file che sono cambiati.
3292
3293 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
3294 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
3295 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
3296 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
3297 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
3298 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
3299 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
3300 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori aggiuntivi di
3301 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag} (questi compaiono solo nel campo
3302 \var{mask} di \struct{inotify\_event}, e non sono utilizzabili in fase di
3303 registrazione dell'osservatore).
3304
3305 \begin{table}[htb]
3306   \centering
3307   \footnotesize
3308   \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
3309     \hline
3310     \textbf{Valore}  & \textbf{Significato} \\
3311     \hline
3312     \hline
3313     \constd{IN\_IGNORED}    & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera 
3314                               esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch}, 
3315                               che in maniera implicita per la rimozione 
3316                               dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
3317                               filesystem su cui questo si trova.\\
3318     \constd{IN\_ISDIR}      & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
3319                               (consente così di distinguere, quando si pone
3320                               sotto osservazione una directory, fra gli eventi
3321                               relativi ad essa e quelli relativi ai file che
3322                               essa contiene).\\
3323     \constd{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
3324                               eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
3325                               caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
3326     \constd{IN\_UNMOUNT}    & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
3327                               osservazione è stato smontato.\\
3328     \hline    
3329   \end{tabular}
3330   \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
3331     binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.} 
3332   \label{tab:inotify_read_event_flag}
3333 \end{table}
3334
3335 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima che viene
3336   controllata dal parametro di sistema
3337   \sysctlfiled{fs/inotify/max\_queued\_events}, che indica il numero massimo di
3338   eventi che possono essere mantenuti sulla stessa; quando detto valore viene
3339   ecceduto gli ulteriori eventi vengono scartati, ma viene comunque generato
3340   un evento di tipo \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
3341
3342 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
3343 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
3344 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
3345 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
3346 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
3347
3348 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
3349 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
3350 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
3351 (come \textit{pathname} relativo alla directory osservata) e la relativa
3352 dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa
3353 terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali
3354 necessità di allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde
3355 al totale della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa
3356 con il nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
3357 \struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
3358 di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
3359   len}.
3360
3361 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
3362 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
3363 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
3364 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
3365 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
3366 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
3367
3368 \begin{figure}[!htbp]
3369   \footnotesize \centering
3370   \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
3371     \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
3372   \end{minipage}
3373   \normalsize
3374   \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
3375   \label{fig:inotify_monitor_example}
3376 \end{figure}
3377
3378 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo del programma inizia
3379 controllando (\texttt{\small 11-15}) che sia rimasto almeno un argomento che
3380 indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e qualora questo
3381 non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che passa
3382 (\texttt{\small 16-20}) all'inizializzazione di \textit{inotify} ottenendo con
3383 \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (o si esce in caso di
3384 errore).
3385
3386 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21-30}) alla coda di
3387 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
3388 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
3389 (\texttt{\small 22-29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
3390 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
3391 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
3392 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
3393 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
3394 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
3395 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
3396
3397 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
3398 (\texttt{\small 32-56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
3399 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
3400 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
3401 si saranno verificati eventi.
3402
3403 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
3404 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
3405 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
3406 approssimativamente 512 eventi (si ricordi che la quantità di dati restituita
3407 da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza del nome del
3408 file restituito insieme a \struct{inotify\_event}). In caso di errore di
3409 lettura (\texttt{\small 35-40}) il programma esce con un messaggio di errore
3410 (\texttt{\small 37-39}), a meno che non si tratti di una interruzione della
3411 \textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la lettura.
3412
3413 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
3414   43-52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
3415 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
3416 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
3417 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna alla variabile
3418 \var{event} (si noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del
3419 puntatore) l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
3420 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
3421 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
3422 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
3423 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
3424 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
3425
3426 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
3427 si stampa (\texttt{\small 47-49}); si noti come in questo caso si sia
3428 controllato il valore del campo \var{event->len} e non il fatto che
3429 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo. L'interfaccia infatti,
3430 qualora il nome non sia presente, non tocca il campo \var{event->name}, che
3431 si troverà pertanto a contenere quello che era precedentemente presente nella
3432 rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il puntatore al nome di
3433 un file osservato in precedenza.
3434
3435 Si utilizza poi (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che
3436 interpreta il valore del campo \var{event->mask}, per stampare il tipo di
3437 eventi accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto
3438   non essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare
3439   direttamente i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si
3440 provvede ad aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento
3441 successivo.
3442
3443 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
3444 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
3445 tipo di:
3446 \begin{Console}
3447 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ \textbf{./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/}
3448 Watch descriptor 1
3449 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3450 IN_OPEN, 
3451 Watch descriptor 1
3452 Observed event on /home/piccardi/gapil/
3453 IN_CLOSE_NOWRITE, 
3454 \end{Console}
3455 %$
3456
3457 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
3458 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
3459 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
3460 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
3461 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
3462 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
3463 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
3464 tale evenienza non si verificherà mai.
3465
3466 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
3467 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
3468 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
3469 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
3470 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
3471 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
3472 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
3473 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
3474   riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
3475   \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
3476   soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
3477   quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
3478 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
3479 chiamata di \func{read}.
3480
3481 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
3482 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
3483 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
3484 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
3485 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
3486 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
3487 raggruppati in un solo evento.
3488
3489 \itindend{inotify}
3490
3491 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e 
3492 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
3493 % fanotify_mark() ha FAN_MARK_FILESYSTEM dal 4.20
3494 % fanotify() ha FAN_OPEN_EXEC dal 4.21/5.0
3495
3496
3497 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
3498 \label{sec:file_asyncronous_io}
3499
3500 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
3501 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
3502   asincrono} o ``AIO''. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le
3503 funzioni di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di
3504 ritornare, così che il processo non viene bloccato.  In questo modo diventa ad
3505 esempio possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da
3506 poter effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
3507
3508 Benché la modalità di apertura asincrona di un file vista in
3509 sez.~\ref{sec:signal_driven_io} possa risultare utile in varie occasioni (in
3510 particolar modo con i socket e gli altri file per i quali le funzioni di I/O
3511 sono \textit{system call} lente), essa è comunque limitata alla notifica della
3512 disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e non ad uno
3513 svolgimento asincrono delle medesime.  Lo standard POSIX.1b definisce una
3514 interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero e proprio,\footnote{questa è
3515   stata ulteriormente perfezionata nelle successive versioni POSIX.1-2001 e
3516   POSIX.1-2008.} che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e
3517 la scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
3518 normalmente.
3519
3520 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
3521 implementata sia direttamente nel kernel che in \textit{user space} attraverso
3522 l'uso di \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti esiste una
3523 implementazione di questa interfaccia fornita completamente dalla \acr{glibc}
3524 a partire dalla versione 2.1, che è realizzata completamente in \textit{user
3525   space}, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
3526 \file{librt}. A partire dalla versione 2.5.32 è stato introdotto nel kernel
3527 una nuova infrastruttura per l'I/O asincrono, ma ancora il supporto è parziale
3528 ed insufficiente ad implementare tutto l'AIO POSIX.
3529
3530 Lo standard POSIX prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano