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