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11 \chapter{La gestione avanzata dei file}
12 \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.
24 \section{Il \textit{file locking}}
25 \label{sec:file_locking}
27 \index{file!locking|(}
29 In sez.~\ref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
30 sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
31 diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
32 in \itindex{append~mode} \textit{append mode}, quando più processi scrivono
33 contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
34 in cui essi opereranno.
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
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.
50 \subsection{L'\textit{advisory locking}}
51 \label{sec:file_record_locking}
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.
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.
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.
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.
92 In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
93 locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
94 \func{flock}, la seconda è quella recepita dallo standard POSIX.1 (che è
95 derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
96 \func{fcntl}. I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
97 indipendente nelle due interfacce,\footnote{in realtà con Linux questo avviene
98 solo dalla serie 2.0 dei kernel.} che pertanto possono coesistere senza
101 Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
102 inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
103 \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
104 lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il blocco viene acquisito
105 il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
106 comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
107 le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco.
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
119 \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
121 \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
123 &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
126 \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
127 \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
130 \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
131 \label{tab:file_file_lock}
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}).
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.
147 \subsection{La funzione \func{flock}}
148 \label{sec:file_flock}
150 La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
151 permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per
152 richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo
154 \begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
156 Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
158 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
159 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
161 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
162 specificato \const{LOCK\_NB}.
167 La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
168 a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
169 \param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
170 essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
171 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
176 \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
178 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
181 \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\
182 \const{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
183 \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
184 \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
185 richiesta di un \textit{file lock}.\\
188 \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
189 \label{tab:file_flock_operation}
192 I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
193 richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera
194 alternativa. Se si specifica anche \const{LOCK\_NB} la funzione non si
195 bloccherà qualora il \textit{file lock} non possa essere acquisito, ma
196 ritornerà subito con un errore di \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un
197 \textit{file lock} si dovrà invece usare \const{LOCK\_UN}.
199 Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
200 cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
201 lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
202 possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
203 facendo fallire la riacquisizione.
205 Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
206 mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
207 \textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
208 POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
209 NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
212 La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
213 \textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
214 comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
215 \func{dup} e \func{fork}. Per capire queste differenze occorre descrivere con
216 maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
217 per entrambe le interfacce.
219 In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
220 dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
221 fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
222 l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
223 agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
224 \textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di
225 inode\index{inode},\footnote{in particolare, come accennato in
226 fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono mantenuti in una
227 \itindex{linked~list} \textit{linked list} di strutture
228 \struct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
229 mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \struct{inode} (per le
230 definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti
231 del kernel). Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di
232 un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).}
233 dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
234 diversi che aprono lo stesso file.
238 \includegraphics[width=15.5cm]{img/file_flock}
239 \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
240 particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
241 \label{fig:file_flock_struct}
244 La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
245 determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
246 un nuovo elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \struct{file\_lock}.}
247 Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la semantica della funzione
248 prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un
249 \textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori riferimenti allo
250 stesso. Questo viene realizzato dal kernel secondo lo schema di
251 fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni nuovo \textit{file lock}
252 un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto nel campo \var{fl\_file} di
253 \struct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i \textit{file lock} creati
254 con la semantica BSD.} alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file
255 table} da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare.
257 Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
258 \textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
259 file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
260 \textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco. Allora se
261 ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
262 sez.~\ref{sec:file_sharing}, e cioè che i file descriptor duplicati e quelli
263 ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella
264 \itindex{file~table} \textit{file table}, si può capire immediatamente quali
265 sono le conseguenze nei confronti delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
267 Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
268 dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella
269 \itindex{file~table} \textit{file table}, anche se questo è diverso da quello
270 con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo non vale se il file
271 descriptor fa riferimento allo stesso file, ma attraverso una voce diversa
272 della \itindex{file~table} \textit{file table}, come accade tutte le volte
273 che si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
274 processo figlio. Inoltre una volta tolto un \textit{file lock} su un file, la
275 rimozione avrà effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa
276 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, e quindi, nel caso di
277 file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche per processi
280 Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
281 dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
282 rimuovere tutti i blocchi ad esso associati. Anche in questo caso occorre
283 tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal
284 caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il blocco rimosso)
285 fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
286 \textit{file table}; e questo avverrà solo quando tutti i file descriptor che
287 fanno riferimento alla stessa voce sono stati chiusi. Quindi, nel caso ci
288 siano duplicati o processi figli che mantengono ancora aperto un file
289 descriptor, il \textit{file lock} non viene rilasciato.
292 \subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
293 \label{sec:file_posix_lock}
295 La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
296 quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
297 già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
298 sez.~\ref{sec:file_fcntl}. Quando la si impiega per il \textit{file locking}
299 essa viene usata solo secondo il seguente prototipo:
300 \begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
302 Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
304 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
305 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
307 \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
308 \textit{file lock} da parte di altri processi.
309 \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
310 sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
311 dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
312 \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
313 bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
314 di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
315 un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema
316 riconosca sempre questa situazione.
317 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
318 di poter acquisire un \textit{file lock}.
320 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
324 Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
325 \func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
326 al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
327 relative agli eventuali blocchi preesistenti. Per poter fare tutto questo la
328 funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
329 (la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
330 inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
331 che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
332 potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
333 con un'altra regione bloccata.
336 \footnotesize \centering
337 \begin{minipage}[c]{15cm}
338 \includestruct{listati/flock.h}
341 \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
342 \textit{file locking}.}
343 \label{fig:struct_flock}
347 I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
348 \var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
349 il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
350 lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
351 contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
352 dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
353 \const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
354 relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
356 Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
357 regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
358 estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
359 valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
360 dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
361 regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
362 automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
367 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
369 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
372 \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
373 \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
374 \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
377 \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
378 \label{tab:file_flock_type}
381 Il tipo di \textit{file lock} richiesto viene specificato dal campo
382 \var{l\_type}, esso può assumere i tre valori definiti dalle costanti
383 riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere
384 rispettivamente uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la
385 rimozione di un blocco precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid}
386 viene usato solo in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con
387 \const{F\_GETLK}, e riporta il \acr{pid} del processo che detiene il
390 Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
391 effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
392 \param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, specifica
393 l'azione da compiere; i valori relativi al \textit{file locking} sono tre:
394 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
395 \item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
396 struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
397 sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
398 esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
399 campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
400 \item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
401 \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
402 corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel
403 caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
404 preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
405 \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
406 \item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
407 non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
408 processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
409 rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
410 con un errore di \errcode{EINTR}.
413 Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
414 una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
415 compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
416 \var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}. Inoltre a seconda del valore di
417 \var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
418 blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
419 \const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
420 impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
421 sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
422 \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
423 per indicare quale è la regione bloccata.
425 Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
426 \const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
427 operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
428 chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
429 \func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
430 è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
431 sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
432 quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
433 stato effettivamente acquisito.
436 \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
437 \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
438 \label{fig:file_flock_dead}
441 Non operando a livello di interi file, il \textit{file locking} POSIX
442 introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
443 fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
444 processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
445 un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
446 del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
447 rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
448 volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
449 porta ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}, dato che a quel punto anche
450 il processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo.
451 Per questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo,
452 ed impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che
453 cerca di acquisire un blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
456 Per capire meglio il funzionamento del \textit{file locking} in semantica
457 POSIX (che differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
458 sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
459 kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
460 fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
461 di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in questo caso nella figura si
462 sono evidenziati solo i campi di \struct{file\_lock} significativi per la
463 semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
464 \acr{pid} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene
465 bloccata grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}. La struttura è
466 comunque la stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è
467 impostato il bit \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene
468 usato.} il blocco è sempre associato \index{inode} all'inode, solo che in
469 questo caso la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una
470 voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del
471 \acr{pid} del processo.
474 \centering \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock}
475 \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
476 particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
477 \label{fig:file_posix_lock}
480 Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
481 tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la
482 \itindex{linked~list} \textit{linked list} delle strutture
483 \struct{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui
484 \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano
485 ben separate.} per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad
486 una già bloccata, in caso affermativo decide in base al tipo di blocco, in
487 caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
489 Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
490 \acr{pid} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
491 Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
492 dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
493 POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
494 figlio avrà un \acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una
495 \func{exec} in quanto il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al
496 contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
497 tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
499 La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
500 allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
501 \func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
502 un blocco, dato che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da
503 questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
504 chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
505 semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
506 tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
507 fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
509 Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
510 \acr{pid} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un altro
511 degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
512 richiedono dei blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
513 stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
514 solo sul \acr{pid} del processo che chiama la funzione, queste richieste
515 avranno sempre successo.
517 Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
518 accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
519 cioè si richiede più volte lo stesso \textit{file lock}, o più blocchi sulla
520 stessa sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola
521 richiesta di rilascio per cancellare il blocco.} la cosa non ha alcun
522 effetto; la funzione ritorna con successo, senza che il kernel debba
523 modificare la lista dei \textit{file lock}. In questo caso invece si possono
524 avere una serie di situazioni diverse: ad esempio è possibile rimuovere con
525 una sola chiamata più \textit{file lock} distinti (indicando in una regione
526 che si sovrapponga completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo
527 una parte di un blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella
528 di un altro blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri
529 \textit{file lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si
530 sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta. Il
531 comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
532 l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
533 preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
534 lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
535 con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
538 \footnotesize \centering
539 \begin{minipage}[c]{15cm}
540 \includecodesample{listati/Flock.c}
543 \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
544 \label{fig:file_flock_code}
547 Per fare qualche esempio sul \textit{file locking} si è scritto un programma che
548 permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
549 intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
550 riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
551 allegato nella directory dei sorgenti).
553 La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
554 funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
555 impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
556 vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
557 switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
558 le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
559 lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
560 assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
561 pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
562 si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
563 semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
564 richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
567 Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
568 un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
569 15--18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
570 uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
571 comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
572 reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
573 valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
574 \const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
577 Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
578 controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
579 si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
580 opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
581 aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
582 vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria. Nel caso
583 invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
584 immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
585 esegue (\texttt{\small 41}).
587 In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
588 risultato uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un
589 messaggio (\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si
590 pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
591 dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
592 tutti i blocchi vengono rilasciati.
594 Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
595 \textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
596 file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
599 \begin{minipage}[c]{12cm}
601 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
604 \end{minipage}\vspace{1mm}
606 il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
607 caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
608 riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
609 preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
610 eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
611 risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
614 \begin{minipage}[c]{12cm}
616 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
617 Failed lock: Resource temporarily unavailable
619 \end{minipage}\vspace{1mm}
621 come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
622 blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
623 che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
624 del file con il comando:
627 \begin{minipage}[c]{12cm}
629 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
630 Failed lock: Resource temporarily unavailable
632 \end{minipage}\vspace{1mm}
634 se invece blocchiamo una regione con:
637 \begin{minipage}[c]{12cm}
639 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
642 \end{minipage}\vspace{1mm}
644 una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
645 dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
646 regioni si sovrappongono avremo che:
649 \begin{minipage}[c]{12cm}
651 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15 Flock.c
652 Failed lock: Resource temporarily unavailable
654 \end{minipage}\vspace{1mm}
656 ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
660 \begin{minipage}[c]{12cm}
662 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15 Flock.c
665 \end{minipage}\vspace{1mm}
667 ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
668 \textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
671 \begin{minipage}[c]{12cm}
673 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
674 Failed lock: Resource temporarily unavailable
676 \end{minipage}\vspace{1mm}
678 come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
680 Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
681 bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
682 bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
686 \begin{minipage}[c]{12cm}
688 [piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
690 \end{minipage}\vspace{1mm}
692 il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
693 nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
694 essere acquisito otterremo:
697 \begin{minipage}[c]{12cm}
699 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
701 \end{minipage}\vspace{1mm}
703 il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
704 punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
705 \texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
706 blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
709 \begin{minipage}[c]{12cm}
711 [piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
714 \end{minipage}\vspace{3mm}
717 Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
718 fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
719 ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
720 succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
724 \begin{minipage}[c]{12cm}
726 [root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
729 \end{minipage}\vspace{1mm}
731 che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
732 questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
733 disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
734 blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
738 \subsection{La funzione \func{lockf}}
739 \label{sec:file_lockf}
741 Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
742 più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
743 complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
744 motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
745 che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
746 \begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
748 Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
750 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
751 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
753 \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] non è possibile acquisire il lock, e si è
754 selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
755 file è mappato in memoria.
756 \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
757 sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
758 dei \textit{file lock}.
760 ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
764 Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
765 che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
766 tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
771 \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
773 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
776 \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
777 mantenere un blocco condiviso sullo stesso file.\\
778 \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
779 alla volta può mantenere un blocco esclusivo su un file.\\
780 \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
781 \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il blocco non è disponibile,
782 si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
783 con un OR aritmetico dei valori.\\
786 \caption{Valori possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
787 \label{tab:file_lockf_type}
790 Qualora il blocco non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
791 \const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
792 Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
793 delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
794 affatto equivalente a \func{flock}).
798 \subsection{Il \textit{mandatory locking}}
799 \label{sec:file_mand_locking}
801 \itindbeg{mandatory~locking|(}
803 Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
804 per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
805 effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
806 \textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
807 direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
808 opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
810 Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
811 utilizzo particolare del bit \itindex{sgid~bit} \acr{sgid}. Se si ricorda
812 quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
813 utilizzato per cambiare il group-ID effettivo con cui viene eseguito un
814 programma, ed è pertanto sempre associato alla presenza del permesso di
815 esecuzione per il gruppo. Impostando questo bit su un file senza permesso di
816 esecuzione in un sistema che supporta il \textit{mandatory locking}, fa sì che
817 quest'ultimo venga attivato per il file in questione. In questo modo una
818 combinazione dei permessi originariamente non contemplata, in quanto senza
819 significato, diventa l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
820 locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
821 sez.~\ref{sec:file_perm_management} e cioè che il bit \acr{sgid} viene
822 cancellato (come misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo
823 non vale quando esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory
826 L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
827 neanche l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file lock}; pertanto
828 un processo che blocchi un file cruciale può renderlo completamente
829 inaccessibile, rendendo completamente inutilizzabile il sistema\footnote{il
830 problema si potrebbe risolvere rimuovendo il bit \itindex{sgid~bit}
831 \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa operazione con un
832 sistema bloccato.} inoltre con il \textit{mandatory locking} si può
833 bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura su un file su cui
834 è attivo un blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{mandatory
835 locking} è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem per
836 filesystem in fase di montaggio (specificando l'apposita opzione di
837 \func{mount} riportata in tab.~\ref{tab:sys_mount_flags}, o con l'opzione
838 \code{-o mand} per il comando omonimo).
840 Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
841 sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
842 ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
843 \func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
846 La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
847 precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
848 \textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
849 disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
850 ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
851 direttamente il \textit{file locking}.
853 Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
854 avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
855 fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
856 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
859 Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
860 scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
861 rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
862 \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
863 con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
865 Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
866 sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
867 \func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
868 così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
869 casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
870 degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
871 con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
872 blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
873 dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
875 L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
876 funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
877 abbiamo trattato in sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso
878 infatti, quando si esegue la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si
879 ha un accesso al contenuto del file. Lo standard SVID prevede che sia
880 impossibile eseguire il memory mapping di un file su cui sono presenti dei
881 blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
882 impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
883 comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
884 diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
885 implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
886 all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
887 \file{Documentation/mandatory.txt}.} di seguire questo comportamento
888 soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
889 qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
890 possibilità di modificare il file.
892 \index{file!locking|)}
894 \itindend{mandatory~locking|(}
897 \section{L'\textit{I/O multiplexing}}
898 \label{sec:file_multiplexing}
901 Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
902 su molti file usando le funzioni illustrate in
903 cap.~\ref{cha:file_unix_interface} e cap.~\ref{cha:files_std_interface} è che
904 si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
905 essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
906 problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
907 ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
911 \subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
912 \label{sec:file_noblocking}
914 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
915 \textit{fast} e \textit{slow} system call,\index{system~call~lente} che in
916 certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si
917 ricordi però che questo può accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni
918 file di dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui file normali le funzioni
919 di lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad esempio le operazioni
920 di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul
921 descrittore su cui si sta operando.
923 Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
924 affrontare nelle operazioni di I/O, che si verifica quando si deve operare con
925 più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi senza che sia
926 possibile prevedere quando questo può avvenire (il caso più classico è quello
927 di un server in attesa di dati in ingresso da vari client). Quello che può
928 accadere è di restare bloccati nell'eseguire una operazione su un file
929 descriptor che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne potrebbe essere un
930 altro disponibile. Questo comporta nel migliore dei casi una operazione
931 ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di quella bloccata, mentre
932 nel peggiore dei casi (quando la conclusione della operazione bloccata dipende
933 da quanto si otterrebbe dal file descriptor ``\textsl{disponibile}'') si
934 potrebbe addirittura arrivare ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
936 Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile prevenire
937 questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file in
938 \textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \const{O\_NONBLOCK}
939 nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output
940 eseguite sul file che si sarebbero bloccate, ritornano immediatamente,
941 restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}. L'utilizzo di questa modalità di I/O
942 permette di risolvere il problema controllando a turno i vari file descriptor,
943 in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non viene garantito.
944 Ovviamente questa tecnica, detta \itindex{polling} \textit{polling}, è
945 estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
946 eseguire in continuazione delle system call che nella gran parte dei casi
949 Per superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
950 multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consente di tenere sotto
951 controllo più file descriptor in contemporanea, permettendo di bloccare un
952 processo quando le operazioni volute non sono possibili, e di riprenderne
953 l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia effettuabile, in
954 modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare bloccati.
956 Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
957 mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
958 prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
959 tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
960 ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
961 sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
964 \subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
965 \label{sec:file_select}
967 Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
968 multiplexing} è stato BSD,\footnote{la funzione \func{select} è apparsa in
969 BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i sistemi che
970 supportano i socket, compreso le varianti di System V.} con la funzione
971 \funcd{select}, il cui prototipo è:
973 \headdecl{sys/time.h}
974 \headdecl{sys/types.h}
976 \funcdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
977 *exceptfds, struct timeval *timeout)}
979 Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
982 \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
983 descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
984 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
986 \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
988 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
989 \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
990 o un valore non valido per \param{timeout}.
992 ed inoltre \errval{ENOMEM}.
996 La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
997 tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
998 degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
999 \param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
1002 \itindbeg{file~descriptor~set}
1004 Per specificare quali file descriptor si intende selezionare la funzione usa
1005 un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set}, identificato dal tipo
1006 \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di file descriptor, in
1007 maniera analoga a come un \itindex{signal~set} \textit{signal set} (vedi
1008 sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di segnali. Per la
1009 manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
1010 opportune macro di preprocessore:
1012 \headdecl{sys/time.h}
1013 \headdecl{sys/types.h}
1015 \funcdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
1016 Inizializza l'insieme (vuoto).
1018 \funcdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
1019 Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
1021 \funcdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
1022 Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.
1024 \funcdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
1025 Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
1028 In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
1029 \const{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
1030 al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
1031 fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma da
1032 quando, come nelle versioni più recenti del kernel, questo limite è stato
1033 rimosso, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
1034 descriptor set}.\footnote{il suo valore, secondo lo standard POSIX
1035 1003.1-2001, è definito in \file{sys/select.h}, ed è pari a 1024.}
1037 Si tenga presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere
1038 inizializzati con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non
1039 inizializzato può dar luogo a comportamenti non prevedibili; allo stesso modo
1040 usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
1041 eccede \const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
1043 La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
1044 il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
1045 effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
1046 tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
1047 bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}; inoltre con Linux
1048 possono verificarsi casi particolari, ad esempio quando arrivano dati su un
1049 socket dalla rete che poi risultano corrotti e vengono scartati, può
1050 accadere che \func{select} riporti il relativo file descriptor come
1051 leggibile, ma una successiva \func{read} si blocchi.} il secondo,
1052 \param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
1053 il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i
1054 dati urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, vedi
1055 sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
1057 Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
1058 \const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente la funzione richiede di
1059 specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
1060 insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
1061 e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
1062 necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
1063 deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{si ricordi che
1064 i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
1065 valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo;
1066 dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore
1069 Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con una struttura di tipo
1070 \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) specifica un tempo
1071 massimo di attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la
1072 funzione attende indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo
1073 (cioè una struttura \struct{timeval} con i campi impostati a zero), qualora si
1074 voglia semplicemente controllare lo stato corrente dei file descriptor.
1076 La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
1077 il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
1078 funzione è recente, ed esistono ancora alcune versioni di Unix che non si
1079 comportano in questo modo.} e ciascun insieme viene sovrascritto per
1080 indicare quali sono i file descriptor pronti per le operazioni ad esso
1081 relative, in modo da poterli controllare con \macro{FD\_ISSET}. Se invece si
1082 ha un timeout viene restituito un valore nullo e gli insiemi non vengono
1083 modificati. In caso di errore la funzione restituisce -1, ed i valori dei tre
1084 insiemi sono indefiniti e non si può fare nessun affidamento sul loro
1087 \itindend{file~descriptor~set}
1089 Una volta ritornata la funzione si potrà controllare quali sono i file
1090 descriptor pronti ed operare su di essi, si tenga presente però che si tratta
1091 solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni\footnote{ad esempio
1092 quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono scartati perché
1093 corrotti.} in cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file
1094 descriptor è pronto in lettura, quando una successiva lettura si bloccherebbe.
1095 Per questo quando si usa \textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso
1096 delle funzioni di lettura e scrittura in modalità non bloccante.
1098 In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
1099 impostandolo al tempo restante, quando la funzione viene interrotta da un
1100 segnale. In tal caso infatti si ha un errore di \errcode{EINTR}, ed occorre
1101 rilanciare la funzione; in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le
1102 volte il tempo rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia
1103 quando si usa codice scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si
1104 usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di questa
1105 caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte.\footnote{in
1106 genere questa caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da
1107 System V e non è disponibile per quelli che derivano da BSD; lo standard
1108 POSIX.1-2001 non permette questo comportamento.}
1110 Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
1111 comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
1112 controllo. Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
1113 tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
1114 controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
1115 essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
1116 ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
1118 Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
1119 tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
1120 numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
1121 essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
1122 dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
1123 estesa, con ulteriori perdite di prestazioni.
1125 Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
1126 multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
1127 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
1128 l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
1129 vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che sostituisce i
1130 precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
1131 \funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
1132 l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
1133 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
1134 \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
1135 senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
1136 \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
1137 \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
1138 maggiore di 600.} il cui prototipo è:
1139 \begin{prototype}{sys/select.h}
1140 {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
1141 struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
1143 Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
1146 \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
1147 descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
1148 caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1150 \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1152 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1153 \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
1154 o un valore non valido per \param{timeout}.
1156 ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
1159 La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
1160 struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
1161 indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
1162 caso di interruzione.\footnote{in realtà la system call di Linux aggiorna il
1163 valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle \acr{glibc} modifica
1164 questo comportamento passando alla system call una variabile locale, in modo
1165 da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che richiede che il valore di
1166 \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre prende un argomento aggiuntivo
1167 \param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si veda
1168 sez.~\ref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da questa
1169 immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
1172 L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
1173 \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando ci si deve porre in
1174 attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
1175 utilizzare il gestore per impostare una variabile globale e controllare questa
1176 nel corpo principale del programma; abbiamo visto in
1177 sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili race
1178 condition, per cui diventa essenziale utilizzare \func{sigprocmask} per
1179 disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire il controllo e
1180 riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde evitare
1181 l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe perso.
1183 Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
1184 sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
1185 può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
1186 e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
1187 alla gestione dati con un ciclo del tipo:
1188 \includecodesnip{listati/select_race.c}
1189 qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
1190 se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
1191 interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
1193 Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
1194 \param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
1195 contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
1196 kernel 2.6.16, non era presente la relativa system call, e la funzione era
1197 implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man
1198 select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
1199 \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una
1200 soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe
1201 trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes})
1202 ed usare \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare
1203 l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del
1204 gestore dello stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima
1205 della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla
1206 presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così
1207 che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
1208 \includecodesnip{listati/pselect_norace.c}
1209 in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
1210 \func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
1211 interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
1214 \subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
1215 \label{sec:file_poll}
1217 Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
1218 \func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
1219 interfaccia, basata sulla funzione \funcd{poll},\footnote{la funzione è
1220 prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
1221 call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
1223 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1224 {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
1226 La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1229 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1230 in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1231 ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1233 \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1235 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1236 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1237 \macro{RLIMIT\_NOFILE}.
1239 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1242 La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
1243 file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
1244 vettore di strutture \struct{pollfd}. Come con \func{select} si può
1245 interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
1246 l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
1247 indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
1248 immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
1249 \textsl{non-bloccante}).
1251 Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
1252 \struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}. La
1253 struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
1254 prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
1255 descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
1256 maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
1257 controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
1258 risultato. Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
1259 struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
1260 tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
1261 \var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
1262 strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
1264 \begin{figure}[!htb]
1265 \footnotesize \centering
1266 \begin{minipage}[c]{15cm}
1267 \includestruct{listati/pollfd.h}
1270 \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
1271 modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
1272 \label{fig:file_pollfd}
1275 Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
1276 binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
1277 tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
1278 suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
1279 per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
1280 uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
1281 nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore.
1286 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
1288 \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
1291 \const{POLLIN} & È possibile la lettura.\\
1292 \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\
1293 \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
1294 \const{POLLPRI} & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
1297 \const{POLLOUT} & È possibile la scrittura immediata.\\
1298 \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\
1299 \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
1301 \const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
1302 \const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
1303 \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
1304 socket.\footnotemark\\
1305 \const{POLLNVAL} & Il file descriptor non è aperto.\\
1307 \const{POLLMSG} & Definito per compatibilità con SysV.\\
1310 \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
1311 \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
1312 \label{tab:file_pollfd_flags}
1315 \footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
1316 partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
1317 consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
1318 socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
1319 \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
1320 dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
1322 Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
1323 compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
1324 \textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
1325 presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
1326 delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
1327 costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
1328 \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}. In Linux la
1329 distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band} dei socket
1330 (vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll}
1331 reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
1332 sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
1334 Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati
1335 normali e prioritari, vale a dire \const{POLLRDNORM}, \const{POLLWRNORM},
1336 \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND} fanno riferimento alle implementazioni
1337 in stile SysV (in particolare le ultime due non vengono usate su Linux), e
1338 sono utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
1339 \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di farlo sempre in testa al
1340 file, definirla soltanto prima di includere \file{sys/poll.h} non è
1343 In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
1344 positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
1345 o per i quali si è verificato un errore, nel qual caso vengono utilizzati i
1346 valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}. Un
1347 valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
1348 indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
1349 tramite \var{errno}.
1351 L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
1352 precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
1353 vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
1354 limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1355 \textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
1356 dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
1357 dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
1358 set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
1359 qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
1360 ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
1363 Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
1364 descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
1365 che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
1366 da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
1367 da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
1370 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
1371 variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
1372 dei segnali nell'attesa su un file descriptor. Con l'introduzione di una
1373 implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
1374 anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
1376 In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
1377 prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
1378 definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
1379 se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
1381 \begin{prototype}{sys/poll.h}
1382 {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
1383 const sigset\_t *sigmask)}
1385 La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
1388 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
1389 in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
1390 ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1392 \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
1394 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
1395 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
1396 \macro{RLIMIT\_NOFILE}.
1398 ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
1401 La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
1402 specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
1403 segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
1404 resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale. L'uso
1405 di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
1406 manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
1407 \includecodesnip{listati/ppoll_means.c}
1409 Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
1410 puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
1411 \func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
1412 risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la system
1413 call che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione viene interrotta
1414 da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come per \func{pselect}
1415 la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera questo
1416 comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout}.\footnote{anche
1417 se in questo caso non esiste nessuno standard che richiede questo
1421 \subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
1422 \label{sec:file_epoll}
1426 Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
1427 anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
1428 un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
1429 viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
1430 descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
1431 \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
1432 questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
1433 da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
1434 numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
1436 Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
1437 eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
1438 sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
1439 trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
1440 delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
1441 aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
1442 ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
1443 per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
1444 diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
1445 dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
1446 bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
1448 Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
1449 specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
1450 in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
1451 informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
1452 attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
1453 prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
1454 osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
1455 presentano attività.
1457 Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
1458 (quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
1459 triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
1460 un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
1461 nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
1462 descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
1463 avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
1464 di essi a partire dalla precedente notifica. Per chiarire meglio il concetto
1465 ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
1466 in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
1467 possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
1468 \textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
1471 La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
1472 vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
1473 \textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
1474 \textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
1475 diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
1476 notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
1477 byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i byte disponibili, e che
1478 il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
1479 ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
1481 Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
1482 servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
1483 Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
1484 sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
1485 discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
1486 tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
1487 2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
1488 fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
1489 stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
1490 intorno a tutto ciò e niente di definito.} \textit{epoll} è in grado di
1491 operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
1493 La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
1494 dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
1495 utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
1496 dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
1497 file.} ma poi si è passati all'uso una apposita \textit{system call}. Il
1498 primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello di
1499 chiamare la funzione \funcd{epoll\_create}, il cui prototipo è:
1500 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1501 {int epoll\_create(int size)}
1503 Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
1505 \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
1506 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1508 \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
1510 \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
1512 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
1518 La funzione restituisce un file descriptor speciale,\footnote{esso non è
1519 associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali file
1520 descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un socket
1521 locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche \textit{epoll
1522 descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata dal kernel
1523 per gestire la notifica degli eventi; l'argomento \param{size} serve a dare
1524 l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
1525 controllo, ma costituisce solo un suggerimento per semplificare l'allocazione
1526 di risorse sufficienti, non un valore massimo.
1528 Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
1529 indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
1530 controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
1531 \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
1532 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1533 {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
1535 Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
1537 \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
1538 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
1540 \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
1542 \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
1543 \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
1544 \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1545 con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
1546 l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
1547 \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1548 \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
1549 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
1550 l'operazione richiesta.
1551 \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
1556 Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
1557 \param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
1558 Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
1559 sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
1560 delle operazioni cui fanno riferimento.
1565 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1567 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
1570 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
1571 \param{fd} alla lista dei file descriptor
1572 controllati tramite \param{epfd}, in
1573 \param{event} devono essere specificate le
1574 modalità di osservazione.\\
1575 \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
1576 descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
1578 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
1579 dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
1582 \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
1583 operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.}
1584 \label{tab:epoll_ctl_operation}
1587 La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
1588 \textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
1589 una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
1590 file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
1591 un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
1592 file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
1594 L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
1595 di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
1596 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
1597 indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
1598 sotto controllo. L'argomento viene ignorato con l'operazione
1599 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
1600 che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato, a
1601 partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \texttt{NULL}.}
1603 \begin{figure}[!htb]
1604 \footnotesize \centering
1605 \begin{minipage}[c]{15cm}
1606 \includestruct{listati/epoll_event.h}
1609 \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
1610 gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
1612 \label{fig:epoll_event}
1615 La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
1616 quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
1617 impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
1618 \func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti. La sua
1619 definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}.
1621 Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
1622 corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
1623 deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
1624 tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, serve ad indicare a
1625 quale file descriptor si intende fare riferimento, ed in astratto può
1626 contenere un valore qualsiasi che permetta di identificarlo, di norma comunque
1627 si usa come valore lo stesso \param{fd}.
1632 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1634 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
1637 \const{EPOLLIN} & Il file è pronto per le operazioni di lettura
1638 (analogo di \const{POLLIN}).\\
1639 \const{EPOLLOUT} & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
1640 (analogo di \const{POLLOUT}).\\
1641 \const{EPOLLRDHUP} & L'altro capo di un socket di tipo
1642 \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
1643 ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
1644 della stessa (vedi sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\\
1645 \const{EPOLLPRI} & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
1646 disponibili in lettura (analogo di
1647 \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
1648 riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
1650 \const{EPOLLERR} & Si è verificata una condizione di errore
1651 (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
1652 viene comunque riportata in uscita, e non è
1653 necessaria impostarla in ingresso.\\
1654 \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up.\\
1655 \const{EPOLLET} & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
1656 triggered} per il file descriptor associato.\\
1657 \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
1658 descriptor associato.\footnotemark\\
1661 \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
1662 \struct{epoll\_event}.}
1663 \label{tab:epoll_events}
1666 \footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.2.}
1668 Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
1669 l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
1670 \textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
1671 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
1672 chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
1673 una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
1674 grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
1675 funzione \func{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
1676 le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
1677 \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
1678 osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
1681 Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
1682 sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
1683 descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
1684 registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}. Si tenga
1685 presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
1686 su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
1687 notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
1689 Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
1690 si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
1691 \const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
1692 osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
1693 non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
1695 Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
1696 \const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
1697 quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
1698 di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
1699 quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
1700 (ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
1701 condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
1702 logica \textit{edge triggered}.}
1704 Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
1705 \const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
1706 notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
1707 descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
1708 automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
1709 ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
1710 essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
1711 chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
1713 Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
1714 i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
1715 di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
1716 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1717 {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
1720 Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
1722 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1723 caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1724 assumerà uno dei valori:
1726 \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
1727 \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
1728 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
1729 della scadenza di \param{timeout}.
1730 \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
1731 con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
1736 La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
1737 nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
1738 specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
1739 registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
1740 (che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
1741 dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
1742 con l'argomento \param{maxevents}.
1744 La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
1745 sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
1746 oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
1747 indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
1748 caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
1749 un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
1752 Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
1753 strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
1754 campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
1755 eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
1756 stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
1757 questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
1758 \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
1759 identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
1760 è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
1762 Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
1763 come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
1764 \textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
1765 che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
1766 questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
1767 presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
1768 dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
1769 luce delle modifiche.
1771 Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
1772 il ritorno di \func{epoll\_wait} indica che un file descriptor è pronto e
1773 resterà tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su
1774 di esso. Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un
1775 errore di \errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una
1776 \func{write},\footnote{è opportuno ricordare ancora una volta che l'uso
1777 dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui file in modalità non
1778 bloccante.} ma questa non è la sola modalità possibile, ad esempio la
1779 condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono stati
1780 restituiti meno dati di quelli richiesti.
1782 Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
1783 \textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
1784 contemporaneamente, per far questo di nuovo è necessaria una variante della
1785 funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una maschera di
1786 segnali, analoga alle precedenti estensioni \func{pselect} e \func{ppoll} di
1787 \func{select} e \func{poll}; in questo caso la funzione si chiama
1788 \funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funziona è stata introdotta a partire dal
1789 kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di \textit{epoll}, specifica di
1790 Linux.} ed il suo prototipo è:
1791 \begin{prototype}{sys/epoll.h}
1792 {int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
1793 int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
1795 Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando i
1798 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
1799 caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
1800 assumerà uno dei valori già visti con \funcd{epoll\_wait}.
1804 La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
1805 uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
1806 l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
1807 la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
1809 \includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c}
1811 Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
1812 anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
1813 prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
1814 osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
1815 questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
1816 dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
1817 programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
1822 \subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
1823 \label{sec:sig_signalfd_eventfd}
1825 Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
1826 notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
1827 unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
1828 l'I/O multiplexing, tanto che per evitare possibili \itindex{race~condition}
1829 \textit{race condition} sono state introdotte estensioni dello standard POSIX e
1830 funzioni apposite come \func{pselect}, \func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
1832 Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
1833 processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
1834 una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
1835 dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
1836 subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
1837 fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
1838 sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
1839 nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
1840 programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
1841 \textsl{sincrona}, come quelle dell'I/O multiplexing appena illustrate.
1843 In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
1844 gli eventi a cui vuole rispondere in maniera sincrona generando le opportune
1845 risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
1846 asincrone in qualunque momento. Questo comporta la necessità di dover
1847 gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
1848 interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
1849 \itindex{race~condition} \textit{race conditions}.\footnote{in sostanza se non
1850 fossero per i segnali non ci sarebbe da doversi preoccupare, fintanto che si
1851 effettuano operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
1852 \index{system~call~lente} system call lente che vengono interrotte e devono
1855 Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
1856 \textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
1857 sincrona dei segnali con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
1858 funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
1859 avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
1860 del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i
1861 problemi di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo
1862 tutto il controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una
1863 gestione simile a quella dell'I/O multiplexing, ma non risolve i problemi
1864 delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
1865 segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
1866 rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
1868 Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
1869 introdurre un meccanismo alternativo alla notifica dei segnali (esteso anche
1870 ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
1871 cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
1872 opportuni file descriptor.\footnote{ovviamente si tratta di una funzionalità
1873 specifica di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista
1874 da nessuno standard.}
1876 In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
1877 gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
1878 ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
1879 descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
1880 osservazione con le ordinarie funzioni dell'I/O multiplexing (vale a dire con
1881 le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo stesso modo
1882 di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà attendere in
1883 contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di accesso ai dati
1884 relativi a questi ultimi.
1886 La funzione che permette di abilitare la ricezione dei segnali tramite file
1887 descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella riportata è la
1888 interfacia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono in realtà due
1889 versioni diverse della \textit{system call}, la prima versione,
1890 \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
1891 \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento, ed una seconda versione, \func{signalfd4}, che prende
1892 argomenti aggiuntivi, introdotta con il kernel 2.6.27 che è quella che viene
1893 sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9.} il cui prototipo è:
1894 \begin{prototype}{sys/signalfd.h}
1895 {int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
1897 Crea o modifica un file descriptor pet la ricezione dei segnali.
1899 \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
1900 successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
1903 \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
1904 \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
1905 con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
1906 \item[\errcode{ENOMEN}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
1907 descriptor di \func{signalfd}.
1908 \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
1909 dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
1912 ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.
1916 La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
1917 descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
1918 segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
1919 $-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
1920 invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
1921 precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
1922 modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
1923 del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
1924 con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
1926 L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
1927 specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
1928 puntatore ad una maschera di segnali creata con l'uso delle apposite macro già
1929 illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}; la maschera deve indicare su quali
1930 segnali si intende operare con \func{signalfd}; l'elenco può essere modificato
1931 con una successiva chiamata a \func{signalfd}. Dato che \const{SIGKILL} e
1932 \const{SIGSTOP} non possono essere intercettati (e non prevedono neanche la
1933 possibilità di un gestore) un loro inserimento nella maschera verrà ignorato,
1934 senza generare errori.
1936 L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
1937 creazione due flag per il file descriptor analoghe a quelle che si possono
1938 impostare con \func{open}, evitando una impostazione successiva con
1939 \func{fcntl}.\footnote{questo è un argomento aggiuntivo, introdotto con la
1940 versione fornita a partire dal kernel 2.6.27, per kernel precedenti il
1941 valore deve essere nullo.}
1946 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
1948 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
1951 \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
1952 \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\
1953 \const{SFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
1954 chiusura automatica del file descriptor nella
1955 esecuzione di \func{exec}.\\
1958 \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
1959 che consentono di impostare fl.}
1960 \label{tab:signalfd_flags}
1963 % TODO trattare qui eventfd signalfd e timerfd introdotte con il 2.6.22
1964 % timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
1965 % vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
1966 % http://lwn.net/Articles/245533/
1967 % http://lwn.net/Articles/267331/
1971 \section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
1972 \label{sec:file_asyncronous_access}
1974 Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
1975 le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
1976 debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
1977 gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
1978 contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
1979 \textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
1980 attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
1981 nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
1982 norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
1983 \textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
1984 operazioni di I/O volute.
1987 \subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
1988 \label{sec:file_asyncronous_operation}
1990 \itindbeg{signal~driven~I/O}
1992 Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile, attraverso
1993 l'uso del flag \const{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \const{O\_ASYNC} e
1994 dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è
1995 specifico di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è
1996 possibile attivare in un secondo tempo questa modalità impostando questo flag
1997 attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
1998 sez.~\ref{sec:file_fcntl}). In realtà parlare di apertura in modalità
1999 asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura del file
2000 vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che più
2001 propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
2002 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
2003 notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
2006 Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità\footnote{si
2007 tenga presente però che essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo
2008 con socket, file di terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal
2009 kernel 2.6, anche per fifo e pipe.} il sistema genera un apposito segnale,
2010 \const{SIGIO}, tutte le volte che diventa possibile leggere o scrivere dal
2011 file descriptor che si è posto in questa modalità. Inoltre è possibile, come
2012 illustrato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, selezionare con il comando
2013 \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi
2014 dovrà ricevere il segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le
2015 operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la
2016 necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai
2019 % TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
2021 Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
2022 questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''. Si tratta di un'altra
2023 modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
2024 \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
2025 sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
2026 kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
2027 ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
2028 \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
2029 \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
2030 quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
2033 Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
2034 presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
2035 file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
2036 segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
2037 illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
2038 descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
2039 verrebbero notificati una volta sola.
2041 Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
2042 accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
2043 In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
2044 restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
2045 estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
2046 \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
2047 sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
2049 Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
2050 (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
2051 \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
2052 I/O asincrono (il segnale predefinito è \const{SIGIO}). In questo caso il
2053 gestore, tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del campo
2054 \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia il
2055 segnale che si è associato all'I/O, ed indica appunto che il segnale è stato
2056 generato a causa di attività di I/O.} di \struct{siginfo\_t}, troverà nel
2057 campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato il segnale.
2059 Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
2060 ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
2061 file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella
2062 risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali real-time supportano
2063 anche questa funzionalità. In questo modo si può identificare immediatamente
2064 un file su cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di
2065 funzioni come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura
2068 Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
2069 più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
2070 suo posto un solo \const{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
2071 in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
2072 diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
2073 impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
2074 identica al valore massimo del numero di file descriptor
2075 utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
2076 \procfile{/proc/sys/kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
2077 \procfile{/proc/sys/fs/file-max}.}
2079 % TODO fare esempio che usa O_ASYNC
2081 \itindend{signal~driven~I/O}
2085 \subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
2086 \label{sec:file_asyncronous_lease}
2088 Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
2089 quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La
2090 risposta\footnote{o meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ
2091 \cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
2092 Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
2093 possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
2094 classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
2095 \textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
2096 motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
2097 modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
2098 \const{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
2099 programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
2100 configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
2103 Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
2104 generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
2105 dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
2106 funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
2107 all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
2108 erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
2109 era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
2110 lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
2111 nessuna funzionalità di notifica.
2113 Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
2114 tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
2115 interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
2116 filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
2117 permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
2118 soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
2119 \itindex{polling} \textit{polling}.
2121 Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
2122 standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
2123 supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
2124 partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
2125 \textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
2126 sez.~\ref{sec:file_fcntl}), che divengono disponibili soltanto se si è
2127 definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \file{fcntl.h}.
2129 \index{file!lease|(}
2131 La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
2132 questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
2133 holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
2134 \textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
2135 \func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
2137 La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in precedenza per
2138 l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al \textit{lease holder}
2139 il segnale \const{SIGIO}, ma questo segnale può essere modificato usando il
2140 comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}.\footnote{anche in questo caso si
2141 può rispecificare lo stesso \const{SIGIO}.} Se si è fatto questo\footnote{è
2142 in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per utilizzare segnali
2143 real-time.} e si è installato il gestore del segnale con \const{SA\_SIGINFO}
2144 si riceverà nel campo \var{si\_fd} della struttura \struct{siginfo\_t} il
2145 valore del file descriptor del file sul quale è stato compiuto l'accesso; in
2146 questo modo un processo può mantenere anche più di un \textit{file lease}.
2148 Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
2149 di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
2150 un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
2151 \func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
2152 il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
2153 può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
2155 Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl} il comando di \func{fcntl} che
2156 consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che viene
2157 utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file descriptor \param{fd}
2158 passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il file su cui si vuole
2159 operare, mentre per indicare il tipo di operazione (acquisizione o rilascio)
2160 occorrerà specificare come valore dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl}
2161 uno dei tre valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
2166 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
2168 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
2171 \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
2172 \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
2173 \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
2176 \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
2177 \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
2178 \const{F\_GETLEASE}.}
2179 \label{tab:file_lease_fctnl}
2182 Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
2183 occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
2184 comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
2185 uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
2186 presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
2187 \const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
2189 Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
2190 su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
2191 (pipe e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non privilegiato
2192 può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
2193 \acr{uid} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
2194 privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
2195 \const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
2196 \textit{lease} su qualunque file.
2198 Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
2199 esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
2200 esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
2201 se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
2202 lease}.} la funzione si blocca\footnote{a meno di non avere aperto il file
2203 con \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore
2204 di \errcode{EWOULDBLOCK}.} e viene eseguita la notifica al \textit{lease
2205 holder}, così che questo possa completare le sue operazioni sul file e
2206 rilasciare il \textit{lease}. In sostanza con un \textit{read lease} si
2207 rilevano i tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un
2208 altro processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i
2209 tentativi di accesso in lettura. Si noti comunque che le operazioni di
2210 notifica avvengono solo in fase di apertura del file e non sulle singole
2211 operazioni di lettura e scrittura.
2213 L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
2214 assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
2215 altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
2216 esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
2217 provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
2218 eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
2219 \textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
2220 comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
2221 \const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
2222 operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
2225 Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
2226 il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
2227 \procfile{/proc/sys/fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
2228 declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
2229 evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
2230 acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
2231 rilasciato o declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal
2232 kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
2233 \textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
2238 Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
2239 parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
2240 risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
2241 directory vengono modificati, che è quanto necessario ad esempio ai programma
2242 di gestione dei file dei vari desktop grafici.
2244 Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
2245 un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
2246 specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
2247 portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
2248 stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
2249 che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
2250 dei file in essa contenuti, viene modificato. Come per i \textit{file lease}
2251 la notifica avviene di default attraverso il segnale \const{SIGIO}, ma se ne
2252 può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
2253 precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
2254 come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
2255 descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
2256 \struct{siginfo\_t}.
2258 \index{file!lease|)}
2263 \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
2265 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
2268 \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
2269 \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\
2270 \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
2271 fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev},
2272 \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\
2273 \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
2274 l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
2275 \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
2276 \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
2278 \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
2279 l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
2280 (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
2281 \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
2282 directory (con \func{rename}).\\
2283 \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
2284 l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
2286 \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
2290 \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
2291 si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.}
2292 \label{tab:file_notify}
2295 Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
2296 certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
2297 associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
2298 l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
2299 eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
2300 binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
2301 tab.~\ref{tab:file_notify}.
2303 A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
2304 valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
2305 sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
2306 richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
2307 se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
2308 chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
2309 ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
2310 specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
2311 nelle precedenti. Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
2312 specificare un valore nullo.
2316 Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
2317 usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
2318 controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
2319 quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
2320 rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
2321 l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
2322 complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
2324 Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
2325 tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
2326 viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
2327 (operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
2328 numero di file). Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
2329 comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
2330 sez.~\ref{sec:sig_adv_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
2331 quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
2336 Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
2337 interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
2338 \textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
2339 2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.} Anche
2340 questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
2341 si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
2342 notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
2343 di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}. La
2344 coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
2346 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2347 {int inotify\_init(void)}
2349 Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
2351 \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
2352 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2354 \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
2355 \textit{inotify} consentite all'utente.
2356 \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
2358 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
2364 La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
2365 \textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
2366 effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
2367 di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
2368 istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
2369 questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2370 \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
2371 descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
2372 utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
2373 osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
2374 directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
2375 file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
2376 eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
2377 \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
2378 su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
2380 Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
2381 essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
2382 con l'interfaccia di \textit{epoll};\footnote{ed a partire dal kernel 2.6.25 è
2383 stato introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
2384 \texttt{signal-driven I/O} trattato in
2385 sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}.} siccome gli eventi vengono
2386 notificati come dati disponibili in lettura, dette funzioni ritorneranno tutte
2387 le volte che si avrà un evento di notifica. Così, invece di dover utilizzare i
2388 segnali,\footnote{considerati una pessima scelta dal punto di vista
2389 dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione degli eventi con
2390 una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing} illustrate in
2391 sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare l'osservazione,
2392 sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le risorse allocate
2393 saranno automaticamente rilasciate.
2395 Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
2396 osservazione, oltre che una directory, anche singoli file. Una volta creata
2397 la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto
2398 osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione}
2399 (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
2400 osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
2401 \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
2402 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2403 {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
2405 Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
2407 \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
2408 $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2410 \item[\errcode{EACCESS}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
2411 \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
2412 non è un file descriptor di \textit{inotify}.
2413 \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
2414 osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
2416 ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
2419 La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
2420 ``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
2421 deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
2422 nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
2423 descriptor creato con \func{inotify\_init}.} Il file o la directory da
2424 porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
2425 nell'argomento \param{pathname}. Infine il terzo argomento, \param{mask},
2426 indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
2427 modalità della stessa. L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
2428 directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
2429 caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
2430 valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
2431 \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
2432 un solo file descriptor.
2434 Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
2435 nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
2436 costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
2437 singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
2438 con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
2439 vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene. Nella seconda
2440 parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
2441 flag della prima parte.
2446 \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
2448 \textbf{Valore} & & \textbf{Significato} \\
2451 \const{IN\_ACCESS} &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
2453 \const{IN\_ATTRIB} &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
2454 dell'inode (o sugli attributi
2456 sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\
2457 \const{IN\_CLOSE\_WRITE} &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2459 \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
2461 \const{IN\_CREATE} &$\bullet$& È stato creato un file o una
2462 directory in una directory sotto
2464 \const{IN\_DELETE} &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
2465 directory in una directory sotto
2467 \const{IN\_DELETE\_SELF} & -- & È stato cancellato il file (o la
2468 directory) sotto osservazione.\\
2469 \const{IN\_MODIFY} &$\bullet$& È stato modificato il file.\\
2470 \const{IN\_MOVE\_SELF} & & È stato rinominato il file (o la
2471 directory) sotto osservazione.\\
2472 \const{IN\_MOVED\_FROM} &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
2473 directory sotto osservazione.\\
2474 \const{IN\_MOVED\_TO} &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
2475 directory sotto osservazione.\\
2476 \const{IN\_OPEN} &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\
2478 \const{IN\_CLOSE} & & Combinazione di
2479 \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
2480 \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\
2481 \const{IN\_MOVE} & & Combinazione di
2482 \const{IN\_MOVED\_FROM} e
2483 \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
2484 \const{IN\_ALL\_EVENTS} & & Combinazione di tutti i flag
2488 \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
2489 dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
2490 tipo di evento da tenere sotto osservazione.}
2491 \label{tab:inotify_event_watch}
2494 Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
2495 evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
2496 tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
2497 flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
2498 \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
2499 usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.} riportati in
2500 tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
2501 osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
2502 contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
2507 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
2509 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
2512 \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
2514 \const{IN\_MASK\_ADD} & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
2515 nell'argomento \param{mask}, invece di
2517 \const{IN\_ONESHOT} & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
2518 sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
2520 \const{IN\_ONLYDIR} & Se \param{pathname} è una directory riporta
2521 soltanto gli eventi ad essa relativi e non
2522 quelli per i file che contiene.\\
2525 \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
2526 dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
2527 modalità di osservazione.}
2528 \label{tab:inotify_add_watch_flag}
2531 Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
2532 questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
2533 altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
2534 non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
2535 specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
2537 Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
2538 restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
2539 essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
2540 flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
2541 relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
2542 osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
2543 contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
2544 sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
2545 ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
2547 Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
2548 singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
2549 kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
2550 richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
2551 automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
2552 sarà più notificato.
2554 In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
2555 detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
2556 \textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
2557 riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
2558 la eventuale rimozione dello stesso.
2560 La seconda funzione per la gestione delle code di notifica, che permette di
2561 rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch}, ed il suo
2563 \begin{prototype}{sys/inotify.h}
2564 {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
2566 Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
2568 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
2569 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2571 \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
2573 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
2574 non è associato ad una coda di notifica.
2579 La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
2580 \param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
2581 \param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
2582 valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
2583 di \errval{EINVAL}.} in caso di successo della rimozione, contemporaneamente
2584 alla cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
2585 evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
2586 tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
2587 viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
2588 rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
2589 \func{inotify\_rm\_watch}.
2591 Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
2592 notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
2593 coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
2594 con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
2595 una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
2596 riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
2597 \func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
2598 modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
2600 \begin{figure}[!htb]
2601 \footnotesize \centering
2602 \begin{minipage}[c]{15cm}
2603 \includestruct{listati/inotify_event.h}
2606 \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
2607 \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
2608 \label{fig:inotify_event}
2611 Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
2612 permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
2613 socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
2614 lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
2615 \const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
2616 (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}), che è disponibile solo per i socket e per
2617 i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così utilizzare
2618 questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di lettura con un
2619 buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente il numero di
2620 file che sono cambiati.
2622 Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
2623 associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
2624 Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
2625 restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
2626 osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
2627 maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
2628 compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
2629 tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori
2630 aggiuntivi\footnote{questi compaiono solo nel campo \var{mask} di
2631 \struct{inotify\_event}, e non utilizzabili in fase di registrazione
2632 dell'osservatore.} di tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}.
2637 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
2639 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
2642 \const{IN\_IGNORED} & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera
2643 esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch},
2644 che in maniera implicita per la rimozione
2645 dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
2646 filesystem su cui questo si trova.\\
2647 \const{IN\_ISDIR} & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
2648 (consente così di distinguere, quando si pone
2649 sotto osservazione una directory, fra gli eventi
2650 relativi ad essa e quelli relativi ai file che
2652 \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
2653 eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
2654 caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
2655 \const{IN\_UNMOUNT} & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
2656 osservazione è stato smontato.\\
2659 \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
2660 binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.}
2661 \label{tab:inotify_read_event_flag}
2664 \footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima specificata dal
2665 parametro di sistema \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_queued\_events} che
2666 indica il numero massimo di eventi che possono essere mantenuti sulla
2667 stessa; quando detto valore viene ecceduto gli ulteriori eventi vengono
2668 scartati, ma viene comunque generato un evento di tipo
2669 \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
2671 Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
2672 identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
2673 viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
2674 così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
2675 \const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
2677 Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
2678 l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
2679 osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
2680 (come pathname relativo alla directory osservata) e la relativa dimensione in
2681 byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa terminata da
2682 NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali necessità di
2683 allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde al totale
2684 della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa con il
2685 nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
2686 \struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
2687 di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
2690 Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
2691 semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
2692 directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
2693 completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
2694 del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
2695 funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
2697 \begin{figure}[!htbp]
2698 \footnotesize \centering
2699 \begin{minipage}[c]{15cm}
2700 \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
2703 \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
2704 \label{fig:inotify_monitor_example}
2707 Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo principale del
2708 programma inizia controllando (\texttt{\small 11--15}) che sia rimasto almeno
2709 un argomento che indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e
2710 qualora questo non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che
2711 passa (\texttt{\small 16--20}) all'inizializzazione di \textit{inotify}
2712 ottenendo con \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (oppure usce in
2715 Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21--30}) alla coda di
2716 notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
2717 all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
2718 (\texttt{\small 22--29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
2719 zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
2720 argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
2721 \func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
2722 degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
2723 nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
2724 altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
2726 Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
2727 (\texttt{\small 32--56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
2728 eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
2729 ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
2730 si saranno verificati eventi.
2732 Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
2733 una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
2734 dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
2735 approssimativamente 512 eventi.\footnote{si ricordi che la quantità di dati
2736 restituita da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza
2737 del nome del file restituito insieme a \struct{inotify\_event}.} In caso di
2738 errore di lettura (\texttt{\small 35--40}) il programma esce con un messaggio
2739 di errore (\texttt{\small 37--39}), a meno che non si tratti di una
2740 interruzione della system call, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la
2743 Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
2744 43--52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
2745 l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
2746 (\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
2747 in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna\footnote{si
2748 noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del puntatore.} alla
2749 variabile \var{event} l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
2750 \struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
2751 \textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
2752 riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
2753 comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
2754 in ordine progressivo crescente a partire da 1.
2756 Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
2757 si stampa (\texttt{\small 47--49}); si noti come in questo caso si sia
2758 utilizzato il valore del campo \var{event->len} e non al fatto che
2759 \var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo.\footnote{l'interfaccia
2760 infatti, qualora il nome non sia presente, non avvalora il campo
2761 \var{event->name}, che si troverà a contenere quello che era precedentemente
2762 presente nella rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il
2763 puntatore al nome di un file osservato in precedenza.} Si utilizza poi
2764 (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che interpreta il valore
2765 del campo \var{event->mask} per stampare il tipo di eventi
2766 accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto non
2767 essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare direttamente
2768 i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si provvede ad
2769 aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento successivo.
2771 Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
2772 da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
2775 piccardi@gethen:~/gapil/sources$ ./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/
2777 Observed event on /home/piccardi/gapil/
2780 Observed event on /home/piccardi/gapil/
2784 I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
2785 eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
2786 funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
2787 perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
2788 avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
2789 specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
2790 evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
2791 tale evenienza non si verificherà mai.
2793 Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
2794 evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
2795 codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
2796 verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
2797 il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
2798 garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
2799 di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
2800 nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
2801 riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
2802 \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
2803 soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
2804 quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
2805 entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
2806 chiamata di \func{read}.
2808 Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
2809 eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
2810 garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
2811 generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
2812 verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
2813 dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
2814 raggruppati in un solo evento.
2818 % TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e
2819 % http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
2822 \subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
2823 \label{sec:file_asyncronous_io}
2825 Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
2826 dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
2827 asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
2828 di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
2829 così che il processo non viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio
2830 possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
2831 effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
2833 Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
2834 varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
2835 le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente} system call lente), essa è
2836 comunque limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor per le
2837 operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime. Lo
2838 standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
2839 e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e la
2840 scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
2843 In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
2844 implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
2845 di \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno recenti
2846 esiste una implementazione di questa interfaccia fornita delle \acr{glibc},
2847 che è realizzata completamente in user space, ed è accessibile linkando i
2848 programmi con la libreria \file{librt}. Nelle versioni più recenti (a partire
2849 dalla 2.5.32) è stato introdotto direttamente nel kernel un nuovo layer per
2852 Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
2853 attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui nome sta per
2854 \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
2855 tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
2856 \file{aio.h}, è riportata in fig.~\ref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
2857 definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
2858 disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
2860 \begin{figure}[!htb]
2861 \footnotesize \centering
2862 \begin{minipage}[c]{15cm}
2863 \includestruct{listati/aiocb.h}
2866 \caption{La struttura \structd{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
2868 \label{fig:file_aiocb}
2871 Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
2872 aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek}, pertanto
2873 terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
2874 contemporanee effettuabili su un singolo file. Ogni operazione deve
2875 inizializzare opportunamente un \textit{control block}. Il file descriptor su
2876 cui operare deve essere specificato tramite il campo \var{aio\_fildes}; dato
2877 che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il concetto
2878 di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto si deve sempre
2879 specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione sul file da cui i dati
2880 saranno letti o scritti. Nel campo \var{aio\_buf} deve essere specificato
2881 l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in \var{aio\_nbytes} la lunghezza
2882 del blocco di dati da trasferire.
2884 Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
2885 di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
2886 piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
2887 le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
2888 \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
2889 partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
2890 cui viene sottratto il valore di questo campo. Il campo
2891 \var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
2892 come vedremo, permette di eseguire con una sola chiamata una serie di
2893 operazioni, usando un vettore di \textit{control block}. Tramite questo campo
2894 si specifica quale è la natura di ciascuna di esse.
2896 Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
2897 (illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
2898 modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
2899 operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
2900 stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
2902 Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
2903 \funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}. Esse permettono di richiedere una
2904 lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \struct{aiocb}
2905 appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
2909 \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
2910 Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
2912 \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
2913 Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
2916 \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
2917 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
2919 \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
2920 \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
2921 \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per i campi
2922 \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
2923 \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
2928 Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
2929 richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
2930 \errcode{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
2931 potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
2932 scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
2933 il file non sia stato aperto in \itindex{append~mode} \textit{append mode}
2934 (vedi sez.~\ref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
2935 comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
2937 Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
2938 \param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
2939 operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
2940 campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
2941 richiesta. Questo comporta che non si devono usare per \param{aiocbp}
2942 variabili automatiche e che non si deve riutilizzare la stessa struttura per
2943 un'altra operazione fintanto che la precedente non sia stata ultimata. In
2944 generale per ogni operazione si deve utilizzare una diversa struttura
2947 Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
2948 \func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
2949 eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
2950 altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
2951 prima è \funcd{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
2952 errore; il suo prototipo è:
2953 \begin{prototype}{aio.h}
2954 {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}
2956 Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
2959 \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
2960 successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
2964 Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
2965 \errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
2966 conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
2967 verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
2968 codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
2969 errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
2970 dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
2971 del caso, i codici di errore delle system call \func{read}, \func{write} e
2974 Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
2975 che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
2976 \errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
2977 permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
2979 \begin{prototype}{aio.h}
2980 {ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)}
2982 Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
2985 \bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
2989 La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
2990 asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
2991 associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
2992 l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
2993 precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
2995 La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
2996 così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
2997 scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}). É importante chiamare sempre
2998 questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
2999 asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
3002 Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
3003 disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O,
3004 compiuta dalla funzione \funcd{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
3005 analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
3007 \begin{prototype}{aio.h}
3008 {int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)}
3010 Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
3012 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
3013 errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
3014 \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{EINVAL}.}
3017 La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
3018 immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
3019 verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
3020 di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
3021 modalità di esecuzione, se si specifica il valore \const{O\_DSYNC} le
3022 operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
3023 specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
3024 sez.~\ref{sec:file_sync}).
3026 Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
3027 allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
3028 relativi ad eventuali operazioni richieste successivamente. Se si è
3029 specificato un meccanismo di notifica questo sarà innescato una volta che le
3030 operazioni di sincronizzazione dei dati saranno completate.
3032 In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
3033 quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo lo
3034 standard POSIX.1b prevede una funzione apposita, \funcd{aio\_cancel}, che
3035 permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
3037 \begin{prototype}{aio.h}
3038 {int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)}
3040 Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
3043 \bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
3044 di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
3045 un valore non valido di \param{fildes}, imposta \var{errno} al valore
3049 La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
3050 \param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \val{NULL} come
3051 valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione viene cancellata una
3052 successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà \errcode{ECANCELED} come
3053 codice di errore, ed il suo codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo
3054 di notifica non verrà invocato. Se si specifica una operazione relativa ad un
3055 altro file descriptor il risultato è indeterminato. In caso di successo, i
3056 possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} (anch'essi definiti in
3057 \file{aio.h}) sono tre:
3058 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
3059 \item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
3060 cancellazione sono state già completate,
3062 \item[\const{AIO\_CANCELED}] indica che tutte le operazioni richieste sono
3065 \item[\const{AIO\_NOTCANCELED}] indica che alcune delle operazioni erano in
3066 corso e non sono state cancellate.
3069 Nel caso si abbia \const{AIO\_NOTCANCELED} occorrerà chiamare
3070 \func{aio\_error} per determinare quali sono le operazioni effettivamente
3071 cancellate. Le operazioni che non sono state cancellate proseguiranno il loro
3072 corso normale, compreso quanto richiesto riguardo al meccanismo di notifica
3073 del loro avvenuto completamento.
3075 Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, l'interfaccia
3076 fornisce anche una apposita funzione, \funcd{aio\_suspend}, che permette di
3077 sospendere l'esecuzione del processo chiamante fino al completamento di una
3078 specifica operazione; il suo prototipo è:
3079 \begin{prototype}{aio.h}
3080 {int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, const struct
3083 Attende, per un massimo di \param{timeout}, il completamento di una delle
3084 operazioni specificate da \param{list}.
3086 \bodydesc{La funzione restituisce 0 se una (o più) operazioni sono state
3087 completate, e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
3090 \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
3092 \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3093 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
3098 La funzione permette di bloccare il processo fintanto che almeno una delle
3099 \param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è completata, per
3100 un tempo massimo specificato da \param{timout}, o fintanto che non arrivi un
3101 segnale.\footnote{si tenga conto che questo segnale può anche essere quello
3102 utilizzato come meccanismo di notifica.} La lista deve essere inizializzata
3103 con delle strutture \struct{aiocb} relative ad operazioni effettivamente
3104 richieste, ma può contenere puntatori nulli, che saranno ignorati. In caso si
3105 siano specificati valori non validi l'effetto è indefinito. Un valore
3106 \val{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout.
3108 Lo standard POSIX.1b infine ha previsto pure una funzione, \funcd{lio\_listio},
3109 che permette di effettuare la richiesta di una intera lista di operazioni di
3110 lettura o scrittura; il suo prototipo è:
3111 \begin{prototype}{aio.h}
3112 {int lio\_listio(int mode, struct aiocb * const list[], int nent, struct
3115 Richiede l'esecuzione delle operazioni di I/O elencata da \param{list},
3116 secondo la modalità \param{mode}.
3118 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3119 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3121 \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
3123 \item[\errcode{EINVAL}] si è passato un valore di \param{mode} non valido
3124 o un numero di operazioni \param{nent} maggiore di
3125 \const{AIO\_LISTIO\_MAX}.
3126 \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
3127 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
3132 La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate nella
3133 lista \param{list} che deve contenere gli indirizzi di altrettanti
3134 \textit{control block} opportunamente inizializzati; in particolare dovrà
3135 essere specificato il tipo di operazione con il campo \var{aio\_lio\_opcode},
3136 che può prendere i valori:
3137 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
3138 \item[\const{LIO\_READ}] si richiede una operazione di lettura.
3139 \item[\const{LIO\_WRITE}] si richiede una operazione di scrittura.
3140 \item[\const{LIO\_NOP}] non si effettua nessuna operazione.
3142 dove \const{LIO\_NOP} viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
3143 dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si
3144 sono dovute cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per
3145 quelle non completate.
3147 L'argomento \param{mode} controlla il comportamento della funzione, se viene
3148 usato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si blocca fino al completamento
3149 di tutte le operazioni richieste; se si usa \const{LIO\_NOWAIT} la funzione
3150 ritorna immediatamente dopo aver messo in coda tutte le richieste. In tal caso
3151 il chiamante può richiedere la notifica del completamento di tutte le
3152 richieste, impostando l'argomento \param{sig} in maniera analoga a come si fa
3153 per il campo \var{aio\_sigevent} di \struct{aiocb}.
3156 \section{Altre modalità di I/O avanzato}
3157 \label{sec:file_advanced_io}
3159 Oltre alle precedenti modalità di \textit{I/O multiplexing} e \textsl{I/O
3160 asincrono}, esistono altre funzioni che implementano delle modalità di
3161 accesso ai file più evolute rispetto alle normali funzioni di lettura e
3162 scrittura che abbiamo esaminato in sez.~\ref{sec:file_base_func}. In questa
3163 sezione allora prenderemo in esame le interfacce per l'\textsl{I/O mappato in
3164 memoria}, per l'\textsl{I/O vettorizzato} e altre funzioni di I/O avanzato.
3167 \subsection{File mappati in memoria}
3168 \label{sec:file_memory_map}
3170 \itindbeg{memory~mapping}
3171 Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
3172 rispetto a quella classica vista in cap.~\ref{cha:file_unix_interface}, è il
3173 cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
3174 \textsl{paginazione} \index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
3175 sez.~\ref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
3176 file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo che lo ha allocato.
3180 \includegraphics[width=12cm]{img/mmap_layout}
3181 \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
3182 mappatura in memoria di un file.}
3183 \label{fig:file_mmap_layout}
3186 Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
3187 file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
3188 programma. Tutte le operazioni di lettura e scrittura su variabili contenute
3189 in questa zona di memoria verranno eseguite leggendo e scrivendo dal contenuto
3190 del file attraverso il sistema della memoria virtuale \index{memoria~virtuale}
3191 che in maniera analoga a quanto avviene per le pagine che vengono salvate e
3192 rilette nella swap, si incaricherà di sincronizzare il contenuto di quel
3193 segmento di memoria con quello del file mappato su di esso. Per questo motivo
3194 si può parlare tanto di \textsl{file mappato in memoria}, quanto di
3195 \textsl{memoria mappata su file}.
3197 L'uso del \textit{memory-mapping} comporta una notevole semplificazione delle
3198 operazioni di I/O, in quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer
3199 intermedi su cui appoggiare i dati da traferire, poiché questi potranno essere
3200 acceduti direttamente nella sezione di memoria mappata; inoltre questa
3201 interfaccia è più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette
3202 di caricare in memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad
3205 Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la
3206 \index{memoria~virtuale} memoria virtuale, la sezione di memoria mappata su
3207 cui si opera sarà a sua volta letta o scritta sul file una pagina alla volta e
3208 solo per le parti effettivamente usate, il tutto in maniera completamente
3209 trasparente al processo; l'accesso alle pagine non ancora caricate avverrà
3210 allo stesso modo con cui vengono caricate in memoria le pagine che sono state
3213 Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un file
3214 vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi vengono
3215 scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni il cui
3216 solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
3217 memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
3219 L'interfaccia POSIX implementata da Linux prevede varie funzioni per la
3220 gestione del \textit{memory mapped I/O}, la prima di queste, che serve ad
3221 eseguire la mappatura in memoria di un file, è \funcd{mmap}; il suo prototipo
3226 \headdecl{sys/mman.h}
3228 \funcdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
3231 Esegue la mappatura in memoria della sezione specificata del file \param{fd}.
3233 \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
3234 in caso di successo, e \const{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
3235 qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3237 \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor non è valido, e non si è usato
3238 \const{MAP\_ANONYMOUS}.
3239 \item[\errcode{EACCES}] o \param{fd} non si riferisce ad un file regolare,
3240 o si è usato \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è aperto in lettura,
3241 o si è usato \const{MAP\_SHARED} e impostato \const{PROT\_WRITE} ed
3242 \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o si è impostato
3243 \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in \textit{append-only}.
3244 \item[\errcode{EINVAL}] i valori di \param{start}, \param{length} o
3245 \param{offset} non sono validi (o troppo grandi o non allineati sulla
3246 dimensione delle pagine).
3247 \item[\errcode{ETXTBSY}] si è impostato \const{MAP\_DENYWRITE} ma
3248 \param{fd} è aperto in scrittura.
3249 \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria
3250 rispetto a quanto consentito dai limiti di sistema (vedi
3251 sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
3252 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria o si è superato il limite sul
3253 numero di mappature possibili.
3254 \item[\errcode{ENODEV}] il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
3256 \item[\errcode{EPERM}] l'argomento \param{prot} ha richiesto
3257 \const{PROT\_EXEC}, ma il filesystem di \param{fd} è montato con
3258 l'opzione \texttt{noexec}.
3259 \item[\errcode{ENFILE}] si è superato il limite del sistema sul numero di
3260 file aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
3265 La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
3266 partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
3267 all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
3268 multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
3273 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
3275 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3278 \const{PROT\_EXEC} & Le pagine possono essere eseguite.\\
3279 \const{PROT\_READ} & Le pagine possono essere lette.\\
3280 \const{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
3281 \const{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
3284 \caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
3285 protezione applicate alle pagine del file mappate in memoria.}
3286 \label{tab:file_mmap_prot}
3289 Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{come
3290 accennato in sez.~\ref{sec:proc_memory} in Linux la memoria reale è divisa
3291 in pagine: ogni processo vede la sua memoria attraverso uno o più segmenti
3292 lineari di memoria virtuale. Per ciascuno di questi segmenti il kernel
3293 mantiene nella \itindex{page~table} \textit{page table} la mappatura sulle
3294 pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura, esecuzione,
3295 scrittura); una loro violazione causa quella una \itindex{segment~violation}
3296 \textit{segment violation}, e la relativa emissione del segnale
3297 \const{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria e deve essere
3298 specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori
3299 riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}; il valore specificato deve essere
3300 compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il file.
3302 L'argomento \param{flags} specifica infine qual è il tipo di oggetto mappato,
3303 le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
3304 modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
3305 mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
3306 come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
3307 tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}.
3312 \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
3314 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3317 \const{MAP\_FIXED} & Non permette di restituire un indirizzo diverso
3318 da \param{start}, se questo non può essere usato
3319 \func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
3320 valore di \param{start} deve essere allineato
3321 alle dimensioni di una pagina.\\
3322 \const{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
3323 riportati sul file e saranno immediatamente
3324 visibili agli altri processi che mappano lo stesso
3325 file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
3326 aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
3327 \func{munmap}), e solo allora le modifiche saranno
3328 visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
3329 con \const{MAP\_PRIVATE}.\\
3330 \const{MAP\_PRIVATE} & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
3331 riportati sul file. Ne viene fatta una copia
3332 privata cui solo il processo chiamante ha
3333 accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso
3334 il meccanismo del \textit{copy on
3335 write} \itindex{copy~on~write} e
3336 salvate su swap in caso di necessità. Non è
3337 specificato se i cambiamenti sul file originale
3338 vengano riportati sulla regione
3339 mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}.\\
3340 \const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
3341 \textit{DoS} \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
3342 (veniva usato per segnalare che tentativi di
3343 scrittura sul file dovevano fallire con
3344 \errcode{ETXTBSY}).\\
3345 \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato.\\
3346 \const{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \const{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
3347 delle pagine di swap ad uso del meccanismo del
3348 \textit{copy on write} \itindex{copy~on~write}
3350 modifiche fatte alla regione mappata, in
3351 questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
3352 memoria disponibile, si ha l'emissione di
3353 un \const{SIGSEGV}.\\
3354 \const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
3356 \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} \textit{stack}.
3357 Indica che la mappatura deve essere effettuata
3358 con gli indirizzi crescenti verso il basso.\\
3359 \const{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
3360 argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
3361 ignorati.\footnotemark\\
3362 \const{MAP\_ANON} & Sinonimo di \const{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
3363 \const{MAP\_FILE} & Valore di compatibilità, ignorato.\\
3364 \const{MAP\_32BIT} & Esegue la mappatura sui primi 2Gb dello spazio
3365 degli indirizzi, viene supportato solo sulle
3366 piattaforme \texttt{x86-64} per compatibilità con
3367 le applicazioni a 32 bit. Viene ignorato se si è
3368 richiesto \const{MAP\_FIXED}.\\
3369 \const{MAP\_POPULATE} & Esegue il \itindex{prefaulting}
3370 \textit{prefaulting} delle pagine di memoria
3371 necessarie alla mappatura.\\
3372 \const{MAP\_NONBLOCK} & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
3373 non causa I/O.\footnotemark\\
3374 % \const{MAP\_DONTEXPAND}& Non consente una successiva espansione dell'area
3375 % mappata con \func{mremap}, proposto ma pare non
3379 \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
3380 \label{tab:file_mmap_flag}
3383 \footnotetext[68]{dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
3386 \footnotetext[69]{l'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è stato
3387 implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x; esso consente
3388 di creare segmenti di memoria condivisa e torneremo sul suo utilizzo in
3389 sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}.}
3391 \footnotetext{questo flag ed il precedente \const{MAP\_POPULATE} sono stati
3392 introdotti nel kernel 2.5.46 insieme alla mappatura non lineare di cui
3393 parleremo più avanti.}
3395 Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
3396 piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
3397 tutto quanto è comunque basato sul meccanismo della \index{memoria~virtuale}
3398 memoria virtuale. Questo comporta allora una serie di conseguenze. La più
3399 ovvia è che se si cerca di scrivere su una zona mappata in sola lettura si
3400 avrà l'emissione di un segnale di violazione di accesso (\const{SIGSEGV}),
3401 dato che i permessi sul segmento di memoria relativo non consentono questo
3404 È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
3405 regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
3406 ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
3407 questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
3408 \index{paginazione} paginazione, la mappatura in memoria non può che essere
3409 eseguita su un segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una
3410 pagina, ed in generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni
3411 effettive del file o della sezione che si vuole mappare.
3413 \begin{figure}[!htb]
3415 \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_boundary}
3416 \caption{Schema della mappatura in memoria di una sezione di file di
3417 dimensioni non corrispondenti al bordo di una pagina.}
3418 \label{fig:file_mmap_boundary}
3421 Il caso più comune è quello illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_boundary},
3422 in cui la sezione di file non rientra nei confini di una pagina: in tal caso
3423 verrà il file sarà mappato su un segmento di memoria che si estende fino al
3424 bordo della pagina successiva.
3426 In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
3427 dimensioni specificate da \param{lenght}, senza ottenere un \const{SIGSEGV}
3428 poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
3429 mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
3430 valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
3433 Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
3434 file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
3435 file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
3436 quella della mappatura in memoria.
3438 In questa situazione, per la sezione di pagina parzialmente coperta dal
3439 contenuto del file, vale esattamente quanto visto in precedenza; invece per la
3440 parte che eccede, fino alle dimensioni date da \param{length}, l'accesso non
3441 sarà più possibile, ma il segnale emesso non sarà \const{SIGSEGV}, ma
3442 \const{SIGBUS}, come illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_exceed}.
3444 Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
3445 in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
3446 biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
3447 comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
3448 relativi a pipe, socket e fifo, per i quali non ha senso parlare di
3449 \textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di dispositivo, che non
3450 dispongono della relativa operazione \func{mmap} (si ricordi quanto esposto in
3451 sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente però che esistono anche casi
3452 di dispositivi (un esempio è l'interfaccia al ponte PCI-VME del chip Universe)
3453 che sono utilizzabili solo con questa interfaccia.
3457 \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_exceed}
3458 \caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
3459 alla lunghezza richiesta.}
3460 \label{fig:file_mmap_exceed}
3463 Dato che passando attraverso una \func{fork} lo spazio di indirizzi viene
3464 copiato integralmente, i file mappati in memoria verranno ereditati in maniera
3465 trasparente dal processo figlio, mantenendo gli stessi attributi avuti nel
3466 padre; così se si è usato \const{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
3467 stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \const{MAP\_PRIVATE}
3468 ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
3469 invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
3470 sostituisce tutto lo spazio degli indirizzi di un processo con quello di un
3473 Quando si effettua la mappatura di un file vengono pure modificati i tempi ad
3474 esso associati (di cui si è trattato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). Il
3475 valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
3476 dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
3477 una pagina mappata su un file aggiorna questo tempo. I valori di
3478 \var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
3479 consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
3480 \const{PROT\_WRITE} e \const{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura
3481 o in corrispondenza di una eventuale \func{msync}.
3483 Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
3484 direttamente dalla \index{memoria~virtuale}memoria virtuale, occorre essere
3485 consapevoli delle interazioni che possono esserci con operazioni effettuate
3486 con l'interfaccia standard dei file di cap.~\ref{cha:file_unix_interface}. Il
3487 problema è che una volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e
3488 scrittura saranno eseguite sulla memoria, e riportate su disco in maniera
3489 autonoma dal sistema della memoria virtuale.
3491 Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
3492 potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
3493 virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
3494 del tutto imprevedibile il risultato della modifica di un file nei confronti
3495 del contenuto della memoria su cui è mappato.
3497 Per questo, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file attraverso
3498 l'interfaccia standard quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
3499 usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria, purché si
3500 abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in memoria mette
3501 a disposizione la funzione \funcd{msync} per sincronizzare il contenuto della
3502 memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
3505 \headdecl{sys/mman.h}
3507 \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
3509 Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
3511 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3512 errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3514 \item[\errcode{EINVAL}] o \param{start} non è multiplo di
3515 \const{PAGE\_SIZE}, o si è specificato un valore non valido per
3517 \item[\errcode{EFAULT}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
3518 precedentemente mappata.
3523 La funzione esegue la sincronizzazione di quanto scritto nella sezione di
3524 memoria indicata da \param{start} e \param{offset}, scrivendo le modifiche sul
3525 file (qualora questo non sia già stato fatto). Provvede anche ad aggiornare i
3526 relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
3527 di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
3528 del file aggiornato.
3534 \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
3536 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3539 \const{MS\_SYNC} & richiede una sincronizzazione e ritorna soltanto
3540 quando questa è stata completata.\\
3541 \const{MS\_ASYNC} & richiede una sincronizzazione, ma ritorna subito
3542 non attendendo che questa sia finita.\\
3543 \const{MS\_INVALIDATE} & invalida le pagine per tutte le mappature
3544 in memoria così da rendere necessaria una
3545 rilettura immediata delle stesse.\\
3548 \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
3549 \label{tab:file_mmap_msync}
3552 L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
3553 dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_msync}, di questi però
3554 \const{MS\_ASYNC} e \const{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
3555 infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
3556 meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
3557 attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
3558 flag fa sì che vengano invalidate, per tutte le mappature dello stesso file,
3559 le pagine di cui si è richiesta la sincronizzazione, così che esse possano
3560 essere immediatamente aggiornate con i nuovi valori.
3562 Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
3563 mappatura della memoria usando la funzione \funcd{munmap}, il suo prototipo è:
3566 \headdecl{sys/mman.h}
3568 \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
3570 Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
3572 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3573 errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3575 \item[\errcode{EINVAL}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
3576 precedentemente mappata.
3581 La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato con
3582 \param{start} e \param{length}; ogni successivo accesso a tale regione causerà
3583 un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
3584 allineato alle dimensioni di una pagina, e la mappatura di tutte le pagine
3585 contenute anche parzialmente nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
3586 Indicare un intervallo che non contiene mappature non è un errore. Si tenga
3587 presente inoltre che alla conclusione di un processo ogni pagina mappata verrà
3588 automaticamente rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per
3589 il \textit{memory mapping} non ha alcun effetto su di esso.
3591 Lo standard POSIX prevede anche una funzione che permetta di cambiare le
3592 protezioni delle pagine di memoria; lo standard prevede che essa si applichi
3593 solo ai \textit{memory mapping} creati con \func{mmap}, ma nel caso di Linux
3594 la funzione può essere usata con qualunque pagina valida nella memoria
3595 virtuale. Questa funzione è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
3597 % \headdecl{unistd.h}
3598 \headdecl{sys/mman.h}
3600 \funcdecl{int mprotect(const void *addr, size\_t len, int prot)}
3602 Modifica le protezioni delle pagine di memoria comprese nell'intervallo
3605 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
3606 errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3608 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{addr} non è valido o non è un
3609 multiplo di \const{PAGE\_SIZE}.
3610 \item[\errcode{EACCESS}] l'operazione non è consentita, ad esempio si è
3611 cercato di marcare con \const{PROT\_WRITE} un segmento di memoria cui si
3612 ha solo accesso in lettura.
3613 % \item[\errcode{ENOMEM}] non è stato possibile allocare le risorse
3614 % necessarie all'interno del kernel.
3615 % \item[\errcode{EFAULT}] si è specificato un indirizzo di memoria non
3618 ed inoltre \errval{ENOMEM} ed \errval{EFAULT}.
3623 La funzione prende come argomenti un indirizzo di partenza in \param{addr},
3624 allineato alle dimensioni delle pagine di memoria, ed una dimensione
3625 \param{size}. La nuova protezione deve essere specificata in \param{prot} con
3626 una combinazione dei valori di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}. La nuova
3627 protezione verrà applicata a tutte le pagine contenute, anche parzialmente,
3628 dall'intervallo fra \param{addr} e \param{addr}+\param{size}-1.
3630 Infine Linux supporta alcune operazioni specifiche non disponibili su altri
3631 kernel unix-like. La prima di queste è la possibilità di modificare un
3632 precedente \textit{memory mapping}, ad esempio per espanderlo o restringerlo.
3633 Questo è realizzato dalla funzione \funcd{mremap}, il cui prototipo è:
3636 \headdecl{sys/mman.h}
3638 \funcdecl{void * mremap(void *old\_address, size\_t old\_size , size\_t
3639 new\_size, unsigned long flags)}
3641 Restringe o allarga una mappatura in memoria di un file.
3643 \bodydesc{La funzione restituisce l'indirizzo alla nuova area di memoria in
3644 caso di successo od il valore \const{MAP\_FAILED} (pari a \texttt{(void *)
3645 -1}) in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
3648 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{old\_address} non è un
3650 \item[\errcode{EFAULT}] ci sono indirizzi non validi nell'intervallo
3651 specificato da \param{old\_address} e \param{old\_size}, o ci sono altre
3652 mappature di tipo non corrispondente a quella richiesta.
3653 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente oppure l'area di
3654 memoria non può essere espansa all'indirizzo virtuale corrente, e non si
3655 è specificato \const{MREMAP\_MAYMOVE} nei flag.
3656 \item[\errcode{EAGAIN}] il segmento di memoria scelto è bloccato e non può
3662 La funzione richiede come argomenti \param{old\_address} (che deve essere
3663 allineato alle dimensioni di una pagina di memoria) che specifica il
3664 precedente indirizzo del \textit{memory mapping} e \param{old\_size}, che ne
3665 indica la dimensione. Con \param{new\_size} si specifica invece la nuova
3666 dimensione che si vuole ottenere. Infine l'argomento \param{flags} è una
3667 maschera binaria per i flag che controllano il comportamento della funzione.
3668 Il solo valore utilizzato è \const{MREMAP\_MAYMOVE}\footnote{per poter
3669 utilizzare questa costante occorre aver definito \macro{\_GNU\_SOURCE} prima
3670 di includere \file{sys/mman.h}.} che consente di eseguire l'espansione
3671 anche quando non è possibile utilizzare il precedente indirizzo. Per questo
3672 motivo, se si è usato questo flag, la funzione può restituire un indirizzo
3673 della nuova zona di memoria che non è detto coincida con \param{old\_address}.
3675 La funzione si appoggia al sistema della \index{memoria~virtuale} memoria
3676 virtuale per modificare l'associazione fra gli indirizzi virtuali del processo
3677 e le pagine di memoria, modificando i dati direttamente nella
3678 \itindex{page~table} \textit{page table} del processo. Come per
3679 \func{mprotect} la funzione può essere usata in generale, anche per pagine di
3680 memoria non corrispondenti ad un \textit{memory mapping}, e consente così di
3681 implementare la funzione \func{realloc} in maniera molto efficiente.
3683 Una caratteristica comune a tutti i sistemi unix-like è che la mappatura in
3684 memoria di un file viene eseguita in maniera lineare, cioè parti successive di
3685 un file vengono mappate linearmente su indirizzi successivi in memoria.
3686 Esistono però delle applicazioni\footnote{in particolare la tecnica è usata
3687 dai database o dai programmi che realizzano macchine virtuali.} in cui è
3688 utile poter mappare sezioni diverse di un file su diverse zone di memoria.
3690 Questo è ovviamente sempre possibile eseguendo ripetutamente la funzione
3691 \func{mmap} per ciascuna delle diverse aree del file che si vogliono mappare
3692 in sequenza non lineare,\footnote{ed in effetti è quello che veniva fatto
3693 anche con Linux prima che fossero introdotte queste estensioni.} ma questo
3694 approccio ha delle conseguenze molto pesanti in termini di prestazioni.
3695 Infatti per ciascuna mappatura in memoria deve essere definita nella
3696 \itindex{page~table} \textit{page table} del processo una nuova area di
3697 memoria virtuale\footnote{quella che nel gergo del kernel viene chiamata VMA
3698 (\textit{virtual memory area}).} che corrisponda alla mappatura, in modo che
3699 questa diventi visibile nello spazio degli indirizzi come illustrato in
3700 fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}.
3702 Quando un processo esegue un gran numero di mappature diverse\footnote{si può
3703 arrivare anche a centinaia di migliaia.} per realizzare a mano una mappatura
3704 non-lineare si avrà un accrescimento eccessivo della sua \itindex{page~table}
3705 \textit{page table}, e lo stesso accadrà per tutti gli altri processi che
3706 utilizzano questa tecnica. In situazioni in cui le applicazioni hanno queste
3707 esigenze si avranno delle prestazioni ridotte, dato che il kernel dovrà
3708 impiegare molte risorse\footnote{sia in termini di memoria interna per i dati
3709 delle \itindex{page~table} \textit{page table}, che di CPU per il loro
3710 aggiornamento.} solo per mantenere i dati di una gran quantità di
3711 \textit{memory mapping}.
3713 Per questo motivo con il kernel 2.5.46 è stato introdotto, ad opera di Ingo
3714 Molnar, un meccanismo che consente la mappatura non-lineare. Anche questa è
3715 una caratteristica specifica di Linux, non presente in altri sistemi
3716 unix-like. Diventa così possibile utilizzare una sola mappatura
3717 iniziale\footnote{e quindi una sola \textit{virtual memory area} nella
3718 \itindex{page~table} \textit{page table} del processo.} e poi rimappare a
3719 piacere all'interno di questa i dati del file. Ciò è possibile grazie ad una
3720 nuova system call, \funcd{remap\_file\_pages}, il cui prototipo è:
3722 \headdecl{sys/mman.h}
3724 \funcdecl{int remap\_file\_pages(void *start, size\_t size, int prot,
3725 ssize\_t pgoff, int flags)}
3727 Permette di rimappare non linearmente un precedente \textit{memory mapping}.
3729 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
3730 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3732 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per uno degli
3733 argomenti o \param{start} non fa riferimento ad un \textit{memory
3734 mapping} valido creato con \const{MAP\_SHARED}.
3739 Per poter utilizzare questa funzione occorre anzitutto effettuare
3740 preliminarmente una chiamata a \func{mmap} con \const{MAP\_SHARED} per
3741 definire l'area di memoria che poi sarà rimappata non linearmente. Poi di
3742 chiamerà questa funzione per modificare le corrispondenze fra pagine di
3743 memoria e pagine del file; si tenga presente che \func{remap\_file\_pages}
3744 permette anche di mappare la stessa pagina di un file in più pagine della
3747 La funzione richiede che si identifichi la sezione del file che si vuole
3748 riposizionare all'interno del \textit{memory mapping} con gli argomenti
3749 \param{pgoff} e \param{size}; l'argomento \param{start} invece deve indicare
3750 un indirizzo all'interno dell'area definita dall'\func{mmap} iniziale, a
3751 partire dal quale la sezione di file indicata verrà rimappata. L'argomento
3752 \param{prot} deve essere sempre nullo, mentre \param{flags} prende gli stessi
3753 valori di \func{mmap} (quelli di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}) ma di tutti i
3754 flag solo \const{MAP\_NONBLOCK} non viene ignorato.
3756 Insieme alla funzione \func{remap\_file\_pages} nel kernel 2.5.46 con sono
3757 stati introdotti anche due nuovi flag per \func{mmap}: \const{MAP\_POPULATE} e
3758 \const{MAP\_NONBLOCK}. Il primo dei due consente di abilitare il meccanismo
3759 del \itindex{prefaulting} \textit{prefaulting}. Questo viene di nuovo in aiuto
3760 per migliorare le prestazioni in certe condizioni di utilizzo del
3761 \textit{memory mapping}.
3763 Il problema si pone tutte le volte che si vuole mappare in memoria un file di
3764 grosse dimensioni. Il comportamento normale del sistema della
3765 \index{memoria~virtuale} memoria virtuale è quello per cui la regione mappata
3766 viene aggiunta alla \itindex{page~table} \textit{page table} del processo, ma
3767 i dati verranno effettivamente utilizzati (si avrà cioè un
3768 \itindex{page~fault} \textit{page fault} che li trasferisce dal disco alla
3769 memoria) soltanto in corrispondenza dell'accesso a ciascuna delle pagine
3770 interessate dal \textit{memory mapping}.
3772 Questo vuol dire che il passaggio dei dati dal disco alla memoria avverrà una
3773 pagina alla volta con un gran numero di \itindex{page~fault} \textit{page
3774 fault}, chiaramente se si sa in anticipo che il file verrà utilizzato
3775 immediatamente, è molto più efficiente eseguire un \itindex{prefaulting}
3776 \textit{prefaulting} in cui tutte le pagine di memoria interessate alla
3777 mappatura vengono ``\textsl{popolate}'' in una sola volta, questo
3778 comportamento viene abilitato quando si usa con \func{mmap} il flag
3779 \const{MAP\_POPULATE}.
3781 Dato che l'uso di \const{MAP\_POPULATE} comporta dell'I/O su disco che può
3782 rallentare l'esecuzione di \func{mmap} è stato introdotto anche un secondo
3783 flag, \const{MAP\_NONBLOCK}, che esegue un \itindex{prefaulting}
3784 \textit{prefaulting} più limitato in cui vengono popolate solo le pagine della
3785 mappatura che già si trovano nella cache del kernel.\footnote{questo può
3786 essere utile per il linker dinamico, in particolare quando viene effettuato
3787 il \textit{prelink} delle applicazioni.}
3789 Per i vantaggi illustrati all'inizio del paragrafo l'interfaccia del
3790 \textit{memory mapped I/O} viene usata da una grande varietà di programmi,
3791 spesso con esigenze molto diverse fra di loro riguardo le modalità con cui
3792 verranno eseguiti gli accessi ad un file; è ad esempio molto comune per i
3793 database effettuare accessi ai dati in maniera pressoché casuale, mentre un
3794 riproduttore audio o video eseguirà per lo più letture sequenziali.
3796 Per migliorare le prestazioni a seconda di queste modalità di accesso è
3797 disponibile una apposita funzione, \funcd{madvise},\footnote{tratteremo in
3798 sez.~\ref{sec:file_fadvise} le funzioni che consentono di ottimizzare
3799 l'accesso ai file con l'interfaccia classica.} che consente di fornire al
3800 kernel delle indicazioni su dette modalità, così che possano essere adottate
3801 le opportune strategie di ottimizzazione. Il suo prototipo è:
3803 \headdecl{sys/mman.h}
3805 \funcdecl{int madvise(void *start, size\_t length, int advice)}
3807 Fornisce indicazioni sull'uso previsto di un \textit{memory mapping}.
3809 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
3810 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
3812 \item[\errcode{EBADF}] la mappatura esiste ma non corrisponde ad un file.
3813 \item[\errcode{EINVAL}] \param{start} non è allineato alla dimensione di
3814 una pagina, \param{length} ha un valore negativo, o \param{advice} non è
3815 un valore valido, o si è richiesto il rilascio (con
3816 \const{MADV\_DONTNEED}) di pagine bloccate o condivise.
3817 \item[\errcode{EIO}] la paginazione richiesta eccederebbe i limiti (vedi
3818 sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}) sulle pagine residenti in memoria del
3819 processo (solo in caso di \const{MADV\_WILLNEED}).
3820 \item[\errcode{ENOMEM}] gli indirizzi specificati non sono mappati, o, in
3821 caso \const{MADV\_WILLNEED}, non c'è sufficiente memoria per soddisfare
3824 ed inoltre \errval{EAGAIN} e \errval{ENOSYS}.
3828 La sezione di memoria sulla quale si intendono fornire le indicazioni deve
3829 essere indicata con l'indirizzo iniziale \param{start} e l'estensione
3830 \param{lenght}, il valore di \param{start} deve essere allineato,
3831 mentre \param{length} deve essere un numero positivo.\footnote{la versione di
3832 Linux consente anche un valore nullo per \param{lenght}, inoltre se una
3833 parte dell'intervallo non è mappato in memoria l'indicazione viene comunque
3834 applicata alle restanti parti, anche se la funzione ritorna un errore di
3835 \errval{ENOMEM}.} L'indicazione viene espressa dall'argomento \param{advice}
3836 che deve essere specificato con uno dei valori\footnote{si tenga presente che
3837 gli ultimi tre valori sono specifici di Linux (introdotti a partire dal
3838 kernel 2.6.16) e non previsti dallo standard POSIX.1b.} riportati in
3839 tab.~\ref{tab:madvise_advice_values}.
3844 \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
3846 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
3849 \const{MADV\_NORMAL} & nessuna indicazione specifica, questo è il valore
3850 di default usato quando non si è chiamato
3852 \const{MADV\_RANDOM} & ci si aspetta un accesso casuale all'area
3853 indicata, pertanto l'applicazione di una lettura
3854 anticipata con il meccanismo del
3855 \itindex{read-ahead} \textit{read-ahead} (vedi
3856 sez.~\ref{sec:file_fadvise}) è di
3857 scarsa utilità e verrà disabilitata.\\
3858 \const{MADV\_SEQUENTIAL}& ci si aspetta un accesso sequenziale al file,
3859 quindi da una parte sarà opportuno eseguire una
3860 lettura anticipata, e dall'altra si potranno
3861 scartare immediatamente le pagine una volta che
3862 queste siano state lette.\\
3863 \const{MADV\_WILLNEED}& ci si aspetta un accesso nell'immediato futuro,
3864 pertanto l'applicazione del \textit{read-ahead}
3865 deve essere incentivata.\\
3866 \const{MADV\_DONTNEED}& non ci si aspetta nessun accesso nell'immediato
3867 futuro, pertanto le pagine possono essere
3868 liberate dal kernel non appena necessario; l'area
3869 di memoria resterà accessibile, ma un accesso
3870 richiederà che i dati vengano ricaricati dal file
3871 a cui la mappatura fa riferimento.\\
3873 \const{MADV\_REMOVE} & libera un intervallo di pagine di memoria ed il
3874 relativo supporto sottostante; è supportato
3875 soltanto sui filesystem in RAM \textit{tmpfs} e
3876 \textit{shmfs}.\footnotemark\\
3877 \const{MADV\_DONTFORK}& impedisce che l'intervallo specificato venga
3878 ereditato dal processo figlio dopo una
3879 \func{fork}; questo consente di evitare che il
3880 meccanismo del \itindex{copy~on~write}
3881 \textit{copy on write} effettui la rilocazione
3882 delle pagine quando il padre scrive sull'area
3883 di memoria dopo la \func{fork}, cosa che può
3884 causare problemi per l'hardware che esegue
3885 operazioni in DMA su quelle pagine.\\
3886 \const{MADV\_DOFORK} & rimuove l'effetto della precedente
3887 \const{MADV\_DONTFORK}.\\
3888 \const{MADV\_MERGEABLE}& marca la pagina come accorpabile (indicazione
3889 principalmente ad uso dei sistemi di
3890 virtualizzazione).\footnotemark\\
3893 \caption{Valori dell'argomento \param{advice} di \func{madvise}.}
3894 \label{tab:madvise_advice_values}
3897 \footnotetext{se usato su altri tipi di filesystem causa un errore di
3900 \footnotetext{a partire dal kernel 2.6.32 è stato introdotto un meccanismo che
3901 identifica pagine di memoria identiche e le accorpa in una unica pagina
3902 (soggetta al \textit{copy-on-write} per successive modifiche); per evitare
3903 di controllare tutte le pagine solo quelle marcate con questo flag vengono
3904 prese in considerazione per l'accorpamento; in questo modo si possono
3905 migliorare le prestazioni nella gestione delle macchine virtuali diminuendo
3906 la loro occupazione di memoria, ma il meccanismo può essere usato anche in
3907 altre applicazioni in cui sian presenti numerosi processi che usano gli
3908 stessi dati; per maggiori dettagli si veda
3909 \href{http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_32\#head-d3f32e41df508090810388a57efce73f52660ccb}{\texttt{http://kernelnewbies.org/Linux\_2\_6\_32}}.}
3911 La funzione non ha, tranne il caso di \const{MADV\_DONTFORK}, nessun effetto
3912 sul comportamento di un programma, ma può influenzarne le prestazioni fornendo
3913 al kernel indicazioni sulle esigenze dello stesso, così che sia possibile
3914 scegliere le opportune strategie per la gestione del \itindex{read-ahead}
3915 \textit{read-ahead} e del caching dei dati. A differenza da quanto specificato
3916 nello standard POSIX.1b, per il quale l'uso di \func{madvise} è a scopo
3917 puramente indicativo, Linux considera queste richieste come imperative, per
3918 cui ritorna un errore qualora non possa soddisfarle.\footnote{questo
3919 comportamento differisce da quanto specificato nello standard.}
3921 \itindend{memory~mapping}
3924 \subsection{I/O vettorizzato: \func{readv} e \func{writev}}
3925 \label{sec:file_multiple_io}
3927 Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover eseguire una
3928 serie multipla di operazioni di I/O, come una serie di letture o scritture di
3929 vari buffer. Un esempio tipico è quando i dati sono strutturati nei campi di
3930 una struttura ed essi devono essere caricati o salvati su un file. Benché
3931 l'operazione sia facilmente eseguibile attraverso una serie multipla di
3932 chiamate a \func{read} e \func{write}, ci sono casi in cui si vuole poter
3933 contare sulla atomicità delle operazioni.
3935 Per questo motivo fino da BSD 4.2 vennero introdotte delle nuove system call
3936 che permettessero di effettuare con una sola chiamata una serie di letture o
3937 scritture su una serie di buffer, con quello che viene normalmente chiamato
3938 \textsl{I/O vettorizzato}. Queste funzioni sono \funcd{readv} e
3939 \funcd{writev},\footnote{in Linux le due funzioni sono riprese da BSD4.4, esse
3940 sono previste anche dallo standard POSIX.1-2001.} ed i relativi prototipi
3943 \headdecl{sys/uio.h}
3945 \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
3946 \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
3948 Eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura vettorizzata.
3950 \bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte letti o scritti in
3951 caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
3952 assumerà uno dei valori:
3954 \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
3955 argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{IOV\_MAX}).
3956 \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
3957 di avere eseguito una qualunque lettura o scrittura.
3958 \item[\errcode{EAGAIN}] \param{fd} è stato aperto in modalità non bloccante e
3959 non ci sono dati in lettura.
3960 \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
3962 ed anche \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT}
3963 (se non sono stati allocati correttamente i buffer specificati nei campi
3964 \var{iov\_base}), più gli eventuali errori delle funzioni di lettura e
3965 scrittura eseguite su \param{fd}.}
3968 Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{iovec}, la cui definizione è
3969 riportata in fig.~\ref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono
3970 essere letti o scritti ed in che quantità. Il primo campo della struttura,
3971 \var{iov\_base}, contiene l'indirizzo del buffer ed il secondo,
3972 \var{iov\_len}, la dimensione dello stesso.
3974 \begin{figure}[!htb]
3975 \footnotesize \centering
3976 \begin{minipage}[c]{15cm}
3977 \includestruct{listati/iovec.h}
3980 \caption{La struttura \structd{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
3982 \label{fig:file_iovec}
3985 La lista dei buffer da utilizzare viene indicata attraverso l'argomento
3986 \param{vector} che è un vettore di strutture \struct{iovec}, la cui lunghezza
3987 è specificata dall'argomento \param{count}.\footnote{fino alle libc5, Linux
3988 usava \type{size\_t} come tipo dell'argomento \param{count}, una scelta
3989 logica, che però è stata dismessa per restare aderenti allo standard
3990 POSIX.1-2001.} Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata opportunamente
3991 per indicare i vari buffer da e verso i quali verrà eseguito il trasferimento
3992 dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li si sono
3993 specificati nel vettore \param{vector}.
3995 La standardizzazione delle due funzioni all'interno della revisione
3996 POSIX.1-2001 prevede anche che sia possibile avere un limite al numero di
3997 elementi del vettore \param{vector}. Qualora questo sussista, esso deve essere
3998 indicato dal valore dalla costante \const{IOV\_MAX}, definita come le altre
3999 costanti analoghe (vedi sez.~\ref{sec:sys_limits}) in \file{limits.h}; lo
4000 stesso valore deve essere ottenibile in esecuzione tramite la funzione
4001 \func{sysconf} richiedendo l'argomento \const{\_SC\_IOV\_MAX} (vedi
4002 sez.~\ref{sec:sys_sysconf}).
4004 Nel caso di Linux il limite di sistema è di 1024, però se si usano le
4005 \acr{glibc} queste forniscono un \textit{wrapper} per le system call che si
4006 accorge se una operazione supererà il precedente limite, in tal caso i dati
4007 verranno letti o scritti con le usuali \func{read} e \func{write} usando un
4008 buffer di dimensioni sufficienti appositamente allocato e sufficiente a
4009 contenere tutti i dati indicati da \param{vector}. L'operazione avrà successo
4010 ma si perderà l'atomicità del trasferimento da e verso la destinazione finale.
4012 Si tenga presente infine che queste funzioni operano sui file con
4013 l'interfaccia dei file descriptor, e non è consigliabile mescolarle con
4014 l'interfaccia classica dei \textit{file stream} di
4015 cap.~\ref{cha:files_std_interface}; a causa delle bufferizzazioni interne di
4016 quest'ultima infatti si potrebbero avere risultati indefiniti e non
4017 corrispondenti a quanto aspettato.
4019 Come per le normali operazioni di lettura e scrittura, anche per l'\textsl{I/O
4020 vettorizzato} si pone il problema di poter effettuare le operazioni in
4021 maniera atomica a partire da un certa posizione sul file. Per questo motivo a
4022 partire dal kernel 2.6.30 sono state introdotte anche per l'\textsl{I/O
4023 vettorizzato} le analoghe delle funzioni \func{pread} e \func{pwrite} (vedi
4024 sez.~\ref{sec:file_read} e \ref{sec:file_write}); le due funzioni sono
4025 \funcd{preadv} e \func{pwritev} ed i rispettivi prototipi sono:\footnote{le
4026 due funzioni sono analoghe alle omonime presenti in BSD; le \textit{system
4027 call} usate da Linux (introdotte a partire dalla versione 2.6.30)
4028 utilizzano degli argomenti diversi per problemi collegati al formato a 64
4029 bit dell'argomento \param{offset}, che varia a seconda delle architetture,
4030 ma queste differenze vengono gestite dalle funzioni di librerie di libreria
4031 che mantengono l'interfaccia delle analoghe tratte da BSD.}
4033 \headdecl{sys/uio.h}
4035 \funcdecl{int preadv(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
4037 \funcdecl{int pwritev(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
4040 Eseguono una lettura o una scrittura vettorizzata a partire da una data
4043 \bodydesc{Le funzioni hanno gli stessi valori di ritorno delle
4044 corrispondenti \func{readv} e \func{writev}; anche gli eventuali errori
4045 sono gli stessi già visti in precedenza, ma ad essi si possono aggiungere
4046 per \var{errno} anche i valori:
4048 \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} ha un valore che non può essere
4049 usato come \ctyp{off\_t}.
4050 \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è associato ad un socket o una pipe.
4055 Le due funzioni eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura
4056 vettorizzata a partire dalla posizione \param{offset} sul file indicato
4057 da \param{fd}, la posizione corrente sul file, come vista da eventuali altri
4058 processi che vi facciano riferimento, non viene alterata. A parte la presenza
4059 dell'ulteriore argomento il comportamento delle funzioni è identico alle
4060 precedenti \func{readv} e \func{writev}.
4062 Con l'uso di queste funzioni si possono evitare eventuali
4063 \itindex{race~condition} \textit{race condition} quando si deve eseguire la
4064 una operazione di lettura e scrittura vettorizzata a partire da una certa
4065 posizione su un file, mentre al contempo si possono avere in concorrenza
4066 processi che utilizzano lo stesso file descriptor (si ricordi quanto visto in
4067 sez.~\ref{sec:file_adv_func}) con delle chiamate a \func{lseek}.
4071 \subsection{L'I/O diretto fra file descriptor: \func{sendfile} e
4073 \label{sec:file_sendfile_splice}
4075 Uno dei problemi che si presentano nella gestione dell'I/O è quello in cui si
4076 devono trasferire grandi quantità di dati da un file descriptor ed un altro;
4077 questo usualmente comporta la lettura dei dati dal primo file descriptor in un
4078 buffer in memoria, da cui essi vengono poi scritti sul secondo.
4080 Benché il kernel ottimizzi la gestione di questo processo quando si ha a che
4081 fare con file normali, in generale quando i dati da trasferire sono molti si
4082 pone il problema di effettuare trasferimenti di grandi quantità di dati da
4083 kernel space a user space e all'indietro, quando in realtà potrebbe essere più
4084 efficiente mantenere tutto in kernel space. Tratteremo in questa sezione
4085 alcune funzioni specialistiche che permettono di ottimizzare le prestazioni in
4086 questo tipo di situazioni.
4088 La prima funzione che è stata ideata per ottimizzare il trasferimento dei dati
4089 fra due file descriptor è \func{sendfile};\footnote{la funzione è stata
4090 introdotta con i kernel della serie 2.2, e disponibile dalle \acr{glibc}
4091 2.1.} la funzione è presente in diverse versioni di Unix,\footnote{la si
4092 ritrova ad esempio in FreeBSD, HPUX ed altri Unix.} ma non è presente né in
4093 POSIX.1-2001 né in altri standard,\footnote{pertanto si eviti di utilizzarla
4094 se si devono scrivere programmi portabili.} per cui per essa vengono
4095 utilizzati prototipi e semantiche differenti; nel caso di Linux il prototipo
4096 di \funcd{sendfile} è:
4098 \headdecl{sys/sendfile.h}
4100 \funcdecl{ssize\_t sendfile(int out\_fd, int in\_fd, off\_t *offset, size\_t
4103 Copia dei dati da un file descriptor ad un altro.
4105 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
4106 successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
4109 \item[\errcode{EAGAIN}] si è impostata la modalità non bloccante su
4110 \param{out\_fd} e la scrittura si bloccherebbe.
4111 \item[\errcode{EINVAL}] i file descriptor non sono validi, o sono bloccati
4112 (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), o \func{mmap} non è disponibile per
4114 \item[\errcode{EIO}] si è avuto un errore di lettura da \param{in\_fd}.
4115 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per la lettura da
4118 ed inoltre \errcode{EBADF} e \errcode{EFAULT}.
4122 La funzione copia direttamente \param{count} byte dal file descriptor
4123 \param{in\_fd} al file descriptor \param{out\_fd}; in caso di successo
4124 funzione ritorna il numero di byte effettivamente copiati da \param{in\_fd} a
4125 \param{out\_fd} o $-1$ in caso di errore; come le ordinarie \func{read} e
4126 \func{write} questo valore può essere inferiore a quanto richiesto con
4129 Se il puntatore \param{offset} è nullo la funzione legge i dati a partire
4130 dalla posizione corrente su \param{in\_fd}, altrimenti verrà usata la
4131 posizione indicata dal valore puntato da \param{offset}; in questo caso detto
4132 valore sarà aggiornato, come \textit{value result argument}, per indicare la
4133 posizione del byte successivo all'ultimo che è stato letto, mentre la
4134 posizione corrente sul file non sarà modificata. Se invece \param{offset} è
4135 nullo la posizione corrente sul file sarà aggiornata tenendo conto dei byte
4136 letti da \param{in\_fd}.
4138 Fino ai kernel della serie 2.4 la funzione è utilizzabile su un qualunque file
4139 descriptor, e permette di sostituire la invocazione successiva di una
4140 \func{read} e una \func{write} (e l'allocazione del relativo buffer) con una
4141 sola chiamata a \funcd{sendfile}. In questo modo si può diminuire il numero di
4142 chiamate al sistema e risparmiare in trasferimenti di dati da kernel space a
4143 user space e viceversa. La massima utilità della funzione si ha comunque per
4144 il trasferimento di dati da un file su disco ad un socket di
4145 rete,\footnote{questo è il caso classico del lavoro eseguito da un server web,
4146 ed infatti Apache ha una opzione per il supporto esplicito di questa
4147 funzione.} dato che in questo caso diventa possibile effettuare il
4148 trasferimento diretto via DMA dal controller del disco alla scheda di rete,
4149 senza neanche allocare un buffer nel kernel,\footnote{il meccanismo è detto
4150 \textit{zerocopy} in quanto i dati non vengono mai copiati dal kernel, che
4151 si limita a programmare solo le operazioni di lettura e scrittura via DMA.}
4152 ottenendo la massima efficienza possibile senza pesare neanche sul processore.
4154 In seguito però ci si è accorti che, fatta eccezione per il trasferimento
4155 diretto da file a socket, non sempre \func{sendfile} comportava miglioramenti
4156 significativi delle prestazioni rispetto all'uso in sequenza di \func{read} e
4157 \func{write},\footnote{nel caso generico infatti il kernel deve comunque
4158 allocare un buffer ed effettuare la copia dei dati, e in tal caso spesso il
4159 guadagno ottenibile nel ridurre il numero di chiamate al sistema non
4160 compensa le ottimizzazioni che possono essere fatte da una applicazione in
4161 user space che ha una conoscenza diretta su come questi sono strutturati.} e
4162 che anzi in certi casi si potevano avere anche dei peggioramenti. Questo ha
4163 portato, per i kernel della serie 2.6,\footnote{per alcune motivazioni di
4164 questa scelta si può fare riferimento a quanto illustrato da Linus Torvalds
4165 in \href{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}
4166 {\textsf{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}}.}
4167 alla decisione di consentire l'uso della funzione soltanto quando il file da
4168 cui si legge supporta le operazioni di \textit{memory mapping} (vale a dire
4169 non è un socket) e quello su cui si scrive è un socket; in tutti gli altri
4170 casi l'uso di \func{sendfile} darà luogo ad un errore di \errcode{EINVAL}.
4172 Nonostante ci possano essere casi in cui \func{sendfile} non migliora le
4173 prestazioni, resta il dubbio se la scelta di disabilitarla sempre per il
4174 trasferimento fra file di dati sia davvero corretta. Se ci sono peggioramenti
4175 di prestazioni infatti si può sempre fare ricorso al metodo ordinario, ma
4176 lasciare a disposizione la funzione consentirebbe se non altro di semplificare
4177 la gestione della copia dei dati fra file, evitando di dover gestire
4178 l'allocazione di un buffer temporaneo per il loro trasferimento.
4180 Questo dubbio si può comunque ritenere superato con l'introduzione, avvenuta a
4181 partire dal kernel 2.6.17, della nuova \textit{system call} \func{splice}. Lo
4182 scopo di questa funzione è quello di fornire un meccanismo generico per il
4183 trasferimento di dati da o verso un file utilizzando un buffer gestito
4184 internamente dal kernel. Descritta in questi termini \func{splice} sembra
4185 semplicemente un ``\textsl{dimezzamento}'' di \func{sendfile}.\footnote{nel
4186 senso che un trasferimento di dati fra due file con \func{sendfile} non
4187 sarebbe altro che la lettura degli stessi su un buffer seguita dalla
4188 relativa scrittura, cosa che in questo caso si dovrebbe eseguire con due
4189 chiamate a \func{splice}.} In realtà le due system call sono profondamente
4190 diverse nel loro meccanismo di funzionamento;\footnote{questo fino al kernel
4191 2.6.23, dove \func{sendfile} è stata reimplementata in termini di
4192 \func{splice}, pur mantenendo disponibile la stessa interfaccia verso l'user
4193 space.} \func{sendfile} infatti, come accennato, non necessita di avere a
4194 disposizione un buffer interno, perché esegue un trasferimento diretto di
4195 dati; questo la rende in generale più efficiente, ma anche limitata nelle sue
4196 applicazioni, dato che questo tipo di trasferimento è possibile solo in casi
4197 specifici.\footnote{e nel caso di Linux questi sono anche solo quelli in cui
4198 essa può essere effettivamente utilizzata.}
4200 Il concetto che sta dietro a \func{splice} invece è diverso,\footnote{in
4201 realtà la proposta originale di Larry Mc Voy non differisce poi tanto negli
4202 scopi da \func{sendfile}, quello che rende \func{splice} davvero diversa è
4203 stata la reinterpretazione che ne è stata fatta nell'implementazione su
4204 Linux realizzata da Jens Anxboe, concetti che sono esposti sinteticamente
4205 dallo stesso Linus Torvalds in \href{http://kerneltrap.org/node/6505}
4206 {\textsf{http://kerneltrap.org/node/6505}}.} si tratta semplicemente di una
4207 funzione che consente di fare in maniera del tutto generica delle operazioni
4208 di trasferimento di dati fra un file e un buffer gestito interamente in kernel
4209 space. In questo caso il cuore della funzione (e delle affini \func{vmsplice}
4210 e \func{tee}, che tratteremo più avanti) è appunto l'uso di un buffer in
4211 kernel space, e questo è anche quello che ne ha semplificato l'adozione,
4212 perché l'infrastruttura per la gestione di un tale buffer è presente fin dagli
4213 albori di Unix per la realizzazione delle \textit{pipe} (vedi
4214 sez.~\ref{sec:ipc_unix}). Dal punto di vista concettuale allora \func{splice}
4215 non è altro che una diversa interfaccia (rispetto alle \textit{pipe}) con cui
4216 utilizzare in user space l'oggetto ``\textsl{buffer in kernel space}''.
4218 Così se per una \textit{pipe} o una \textit{fifo} il buffer viene utilizzato
4219 come area di memoria (vedi fig.~\ref{fig:ipc_pipe_singular}) dove appoggiare i
4220 dati che vengono trasferiti da un capo all'altro della stessa per creare un
4221 meccanismo di comunicazione fra processi, nel caso di \func{splice} il buffer
4222 viene usato o come fonte dei dati che saranno scritti su un file, o come
4223 destinazione dei dati che vengono letti da un file. La funzione \funcd{splice}
4224 fornisce quindi una interfaccia generica che consente di trasferire dati da un
4225 buffer ad un file o viceversa; il suo prototipo, accessibile solo dopo aver
4226 definito la macro \macro{\_GNU\_SOURCE},\footnote{si ricordi che questa
4227 funzione non è contemplata da nessuno standard, è presente solo su Linux, e
4228 pertanto deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi portabili.}
4233 \funcdecl{long splice(int fd\_in, off\_t *off\_in, int fd\_out, off\_t
4234 *off\_out, size\_t len, unsigned int flags)}
4236 Trasferisce dati da un file verso una pipe o viceversa.
4238 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
4239 successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
4242 \item[\errcode{EBADF}] uno o entrambi fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out}
4243 non sono file descriptor validi o, rispettivamente, non sono stati
4244 aperti in lettura o scrittura.
4245 \item[\errcode{EINVAL}] il filesystem su cui si opera non supporta
4246 \func{splice}, oppure nessuno dei file descriptor è una pipe, oppure si
4247 è dato un valore a \param{off\_in} o \param{off\_out} ma il
4248 corrispondente file è un dispositivo che non supporta la funzione
4250 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
4252 \item[\errcode{ESPIPE}] o \param{off\_in} o \param{off\_out} non sono
4253 \const{NULL} ma il corrispondente file descriptor è una \textit{pipe}.
4258 La funzione esegue un trasferimento di \param{len} byte dal file descriptor
4259 \param{fd\_in} al file descriptor \param{fd\_out}, uno dei quali deve essere
4260 una \textit{pipe}; l'altro file descriptor può essere
4261 qualunque.\footnote{questo significa che può essere, oltre che un file di
4262 dati, anche un altra \textit{pipe}, o un socket.} Come accennato una
4263 \textit{pipe} non è altro che un buffer in kernel space, per cui a seconda che
4264 essa sia usata per \param{fd\_in} o \param{fd\_out} si avrà rispettivamente la
4265 copia dei dati dal buffer al file o viceversa.
4267 In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti, che può
4268 essere, come per le normali funzioni di lettura e scrittura su file, inferiore
4269 a quelli richiesti; un valore negativo indicherà un errore mentre un valore
4270 nullo indicherà che non ci sono dati da trasferire (ad esempio si è giunti
4271 alla fine del file in lettura). Si tenga presente che, a seconda del verso del
4272 trasferimento dei dati, la funzione si comporta nei confronti del file
4273 descriptor che fa riferimento al file ordinario, come \func{read} o
4274 \func{write}, e pertanto potrà anche bloccarsi (a meno che non si sia aperto
4275 il suddetto file in modalità non bloccante).
4277 I due argomenti \param{off\_in} e \param{off\_out} consentono di specificare,
4278 come per l'analogo \param{offset} di \func{sendfile}, la posizione all'interno
4279 del file da cui partire per il trasferimento dei dati. Come per
4280 \func{sendfile} un valore nullo indica di usare la posizione corrente sul
4281 file, ed essa sarà aggiornata automaticamente secondo il numero di byte
4282 trasferiti. Un valore non nullo invece deve essere un puntatore ad una
4283 variabile intera che indica la posizione da usare; questa verrà aggiornata, al
4284 ritorno della funzione, al byte successivo all'ultimo byte trasferito.
4285 Ovviamente soltanto uno di questi due argomenti, e più precisamente quello che
4286 fa riferimento al file descriptor non associato alla \textit{pipe}, può essere
4287 specificato come valore non nullo.
4289 Infine l'argomento \param{flags} consente di controllare alcune
4290 caratteristiche del funzionamento della funzione; il contenuto è una maschera
4291 binaria e deve essere specificato come OR aritmetico dei valori riportati in
4292 tab.~\ref{tab:splice_flag}. Alcuni di questi valori vengono utilizzati anche
4293 dalle funzioni \func{vmsplice} e \func{tee} per cui la tabella riporta le
4294 descrizioni complete di tutti i valori possibili anche quando, come per
4295 \const{SPLICE\_F\_GIFT}, questi non hanno effetto su \func{splice}.
4300 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4302 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4305 \const{SPLICE\_F\_MOVE} & Suggerisce al kernel di spostare le pagine
4306 di memoria contenenti i dati invece di
4307 copiarle;\footnotemark viene usato soltanto
4309 \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}& Richiede di operare in modalità non
4310 bloccante; questo flag influisce solo sulle
4311 operazioni che riguardano l'I/O da e verso la
4312 \textit{pipe}. Nel caso di \func{splice}
4313 questo significa che la funzione potrà
4314 comunque bloccarsi nell'accesso agli altri
4315 file descriptor (a meno che anch'essi non
4316 siano stati aperti in modalità non
4318 \const{SPLICE\_F\_MORE} & Indica al kernel che ci sarà l'invio di
4319 ulteriori dati in una \func{splice}
4320 successiva, questo è un suggerimento utile
4321 che viene usato quando \param{fd\_out} è un
4322 socket.\footnotemark Attualmente viene usato
4323 solo da \func{splice}, potrà essere
4324 implementato in futuro anche per
4325 \func{vmsplice} e \func{tee}.\\
4326 \const{SPLICE\_F\_GIFT} & Le pagine di memoria utente sono
4327 ``\textsl{donate}'' al kernel;\footnotemark
4328 se impostato una seguente \func{splice} che
4329 usa \const{SPLICE\_F\_MOVE} potrà spostare le
4330 pagine con successo, altrimenti esse dovranno
4331 essere copiate; per usare questa opzione i
4332 dati dovranno essere opportunamente allineati
4333 in posizione ed in dimensione alle pagine di
4334 memoria. Viene usato soltanto da
4338 \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
4339 dell'argomento \param{flags} di \func{splice}, \func{vmsplice} e
4341 \label{tab:splice_flag}
4344 \footnotetext[120]{per una maggiore efficienza \func{splice} usa quando
4345 possibile i meccanismi della memoria virtuale per eseguire i trasferimenti
4346 di dati (in maniera analoga a \func{mmap}), qualora le pagine non possano
4347 essere spostate dalla pipe o il buffer non corrisponda a pagine intere esse
4348 saranno comunque copiate.}
4350 \footnotetext[121]{questa opzione consente di utilizzare delle opzioni di
4351 gestione dei socket che permettono di ottimizzare le trasmissioni via rete,
4352 si veda la descrizione di \const{TCP\_CORK} in
4353 sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options} e quella di \const{MSG\_MORE} in
4354 sez.~\ref{sec:net_sendmsg}.}
4356 \footnotetext{questo significa che la cache delle pagine e i dati su disco
4357 potranno differire, e che l'applicazione non potrà modificare quest'area di
4360 Per capire meglio il funzionamento di \func{splice} vediamo un esempio con un
4361 semplice programma che usa questa funzione per effettuare la copia di un file
4362 su un altro senza utilizzare buffer in user space. Il programma si chiama
4363 \texttt{splicecp.c} ed il codice completo è disponibile coi sorgenti allegati
4364 alla guida, il corpo principale del programma, che non contiene la sezione di
4365 gestione delle opzioni e le funzioni di ausilio è riportato in
4366 fig.~\ref{fig:splice_example}.
4368 Lo scopo del programma è quello di eseguire la copia dei con \func{splice},
4369 questo significa che si dovrà usare la funzione due volte, prima per leggere i
4370 dati e poi per scriverli, appoggiandosi ad un buffer in kernel space (vale a
4371 dire ad una \textit{pipe}); lo schema del flusso dei dati è illustrato in
4372 fig.~\ref{fig:splicecp_data_flux}.
4376 \includegraphics[height=6cm]{img/splice_copy}
4377 \caption{Struttura del flusso di dati usato dal programma \texttt{splicecp}.}
4378 \label{fig:splicecp_data_flux}
4381 Una volta trattate le opzioni il programma verifica che restino
4382 (\texttt{\small 13--16}) i due argomenti che indicano il file sorgente ed il
4383 file destinazione. Il passo successivo è aprire il file sorgente
4384 (\texttt{\small 18--22}), quello di destinazione (\texttt{\small 23--27}) ed
4385 infine (\texttt{\small 28--31}) la \textit{pipe} che verrà usata come buffer.
4387 \begin{figure}[!phtb]
4388 \footnotesize \centering
4389 \begin{minipage}[c]{15cm}
4390 \includecodesample{listati/splicecp.c}
4393 \caption{Esempio di codice che usa \func{splice} per effettuare la copia di
4395 \label{fig:splice_example}
4398 Il ciclo principale (\texttt{\small 33--58}) inizia con la lettura dal file
4399 sorgente tramite la prima \func{splice} (\texttt{\small 34--35}), in questo
4400 caso si è usato come primo argomento il file descriptor del file sorgente e
4401 come terzo quello del capo in scrittura della \textit{pipe} (il funzionamento
4402 delle \textit{pipe} e l'uso della coppia di file descriptor ad esse associati
4403 è trattato in dettaglio in sez.~\ref{sec:ipc_unix}; non ne parleremo qui dato
4404 che nell'ottica dell'uso di \func{splice} questa operazione corrisponde
4405 semplicemente al trasferimento dei dati dal file al buffer).
4407 La lettura viene eseguita in blocchi pari alla dimensione specificata
4408 dall'opzione \texttt{-s} (il default è 4096); essendo in questo caso
4409 \func{splice} equivalente ad una \func{read} sul file, se ne controlla il
4410 valore di uscita in \var{nread} che indica quanti byte sono stati letti, se
4411 detto valore è nullo (\texttt{\small 36}) questo significa che si è giunti
4412 alla fine del file sorgente e pertanto l'operazione di copia è conclusa e si
4413 può uscire dal ciclo arrivando alla conclusione del programma (\texttt{\small
4414 59}). In caso di valore negativo (\texttt{\small 37--44}) c'è stato un
4415 errore ed allora si ripete la lettura (\texttt{\small 36}) se questo è dovuto
4416 ad una interruzione, o altrimenti si esce con un messaggio di errore
4417 (\texttt{\small 41--43}).
4419 Una volta completata con successo la lettura si avvia il ciclo di scrittura
4420 (\texttt{\small 45--57}); questo inizia (\texttt{\small 46--47}) con la
4421 seconda \func{splice} che cerca di scrivere gli \var{nread} byte letti, si
4422 noti come in questo caso il primo argomento faccia di nuovo riferimento alla
4423 \textit{pipe} (in questo caso si usa il capo in lettura, per i dettagli si
4424 veda al solito sez.~\ref{sec:ipc_unix}) mentre il terzo sia il file descriptor
4425 del file di destinazione.
4427 Di nuovo si controlla il numero di byte effettivamente scritti restituito in
4428 \var{nwrite} e in caso di errore al solito si ripete la scrittura se questo è
4429 dovuto a una interruzione o si esce con un messaggio negli altri casi
4430 (\texttt{\small 48--55}). Infine si chiude il ciclo di scrittura sottraendo
4431 (\texttt{\small 57}) il numero di byte scritti a quelli di cui è richiesta la
4432 scrittura,\footnote{in questa parte del ciclo \var{nread}, il cui valore
4433 iniziale è dato dai byte letti dalla precedente chiamata a \func{splice},
4434 viene ad assumere il significato di byte da scrivere.} così che il ciclo di
4435 scrittura venga ripetuto fintanto che il valore risultante sia maggiore di
4436 zero, indice che la chiamata a \func{splice} non ha esaurito tutti i dati
4437 presenti sul buffer.
4439 Si noti come il programma sia concettualmente identico a quello che si sarebbe
4440 scritto usando \func{read} al posto della prima \func{splice} e \func{write}
4441 al posto della seconda, utilizzando un buffer in user space per eseguire la
4442 copia dei dati, solo che in questo caso non è stato necessario allocare nessun
4443 buffer e non si è trasferito nessun dato in user space.
4445 Si noti anche come si sia usata la combinazione \texttt{SPLICE\_F\_MOVE |
4446 SPLICE\_F\_MORE } per l'argomento \param{flags} di \func{splice}, infatti
4447 anche se un valore nullo avrebbe dato gli stessi risultati, l'uso di questi
4448 flag, che si ricordi servono solo a dare suggerimenti al kernel, permette in
4449 genere di migliorare le prestazioni.
4451 Come accennato con l'introduzione di \func{splice} sono state realizzate anche
4452 altre due \textit{system call}, \func{vmsplice} e \func{tee}, che utilizzano
4453 la stessa infrastruttura e si basano sullo stesso concetto di manipolazione e
4454 trasferimento di dati attraverso un buffer in kernel space; benché queste non
4455 attengono strettamente ad operazioni di trasferimento dati fra file
4456 descriptor, le tratteremo qui, essendo strettamente correlate fra loro.
4458 La prima funzione, \funcd{vmsplice}, è la più simile a \func{splice} e come
4459 indica il suo nome consente di trasferire i dati dalla memoria virtuale di un
4460 processo (ad esempio per un file mappato in memoria) verso una \textit{pipe};
4464 \headdecl{sys/uio.h}
4466 \funcdecl{long vmsplice(int fd, const struct iovec *iov, unsigned long
4467 nr\_segs, unsigned int flags)}
4469 Trasferisce dati dalla memoria di un processo verso una \textit{pipe}.
4471 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
4472 successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
4475 \item[\errcode{EBADF}] o \param{fd} non è un file descriptor valido o non
4476 fa riferimento ad una \textit{pipe}.
4477 \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore nullo per \param{nr\_segs}
4478 oppure si è usato \const{SPLICE\_F\_GIFT} ma la memoria non è allineata.
4479 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
4485 La \textit{pipe} indicata da \param{fd} dovrà essere specificata tramite il
4486 file descriptor corrispondente al suo capo aperto in scrittura (di nuovo si
4487 faccia riferimento a sez.~\ref{sec:ipc_unix}), mentre per indicare quali
4488 segmenti della memoria del processo devono essere trasferiti verso di essa si
4489 dovrà utilizzare un vettore di strutture \struct{iovec} (vedi
4490 fig.~\ref{fig:file_iovec}), esattamente con gli stessi criteri con cui le si
4491 usano per l'I/O vettorizzato, indicando gli indirizzi e le dimensioni di
4492 ciascun segmento di memoria su cui si vuole operare; le dimensioni del
4493 suddetto vettore devono essere passate nell'argomento \param{nr\_segs} che
4494 indica il numero di segmenti di memoria da trasferire. Sia per il vettore che
4495 per il valore massimo di \param{nr\_segs} valgono le stesse limitazioni
4496 illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiple_io}.
4498 In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti sulla
4499 \textit{pipe}. In generale, se i dati una volta creati non devono essere
4500 riutilizzati (se cioè l'applicazione che chiama \func{vmsplice} non
4501 modificherà più la memoria trasferita), è opportuno utilizzare
4502 per \param{flag} il valore \const{SPLICE\_F\_GIFT}; questo fa sì che il kernel
4503 possa rimuovere le relative pagine dalla cache della memoria virtuale, così
4504 che queste possono essere utilizzate immediatamente senza necessità di
4505 eseguire una copia dei dati che contengono.
4507 La seconda funzione aggiunta insieme a \func{splice} è \func{tee}, che deve il
4508 suo nome all'omonimo comando in user space, perché in analogia con questo
4509 permette di duplicare i dati in ingresso su una \textit{pipe} su un'altra
4510 \textit{pipe}. In sostanza, sempre nell'ottica della manipolazione dei dati su
4511 dei buffer in kernel space, la funzione consente di eseguire una copia del
4512 contenuto del buffer stesso. Il prototipo di \funcd{tee} è il seguente:
4516 \funcdecl{long tee(int fd\_in, int fd\_out, size\_t len, unsigned int
4519 Duplica \param{len} byte da una \textit{pipe} ad un'altra.
4521 \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte copiati in caso di
4522 successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
4525 \item[\errcode{EINVAL}] o uno fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out} non fa
4526 riferimento ad una \textit{pipe} o entrambi fanno riferimento alla
4527 stessa \textit{pipe}.
4528 \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
4534 La funzione copia \param{len} byte del contenuto di una \textit{pipe} su di
4535 un'altra; \param{fd\_in} deve essere il capo in lettura della \textit{pipe}
4536 sorgente e \param{fd\_out} il capo in scrittura della \textit{pipe}
4537 destinazione; a differenza di quanto avviene con \func{read} i dati letti con
4538 \func{tee} da \func{fd\_in} non vengono \textsl{consumati} e restano
4539 disponibili sulla \textit{pipe} per una successiva lettura (di nuovo per il
4540 comportamento delle \textit{pipe} si veda sez.~\ref{sec:ipc_unix}). Al
4541 momento\footnote{quello della stesura di questo paragrafo, avvenuta il Gennaio
4542 2010, in futuro potrebbe essere implementato anche \const{SPLICE\_F\_MORE}.}
4543 il solo valore utilizzabile per \param{flag}, fra quelli elencati in
4544 tab.~\ref{tab:splice_flag}, è \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK} che rende la
4545 funzione non bloccante.
4547 La funzione restituisce il numero di byte copiati da una \textit{pipe}
4548 all'altra (o $-1$ in caso di errore), un valore nullo indica che non ci sono
4549 byte disponibili da copiare e che il capo in scrittura della pipe è stato
4550 chiuso.\footnote{si tenga presente però che questo non avviene se si è
4551 impostato il flag \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}, in tal caso infatti si
4552 avrebbe un errore di \errcode{EAGAIN}.} Un esempio di realizzazione del
4553 comando \texttt{tee} usando questa funzione, ripreso da quello fornito nella
4554 pagina di manuale e dall'esempio allegato al patch originale, è riportato in
4555 fig.~\ref{fig:tee_example}. Il programma consente di copiare il contenuto
4556 dello standard input sullo standard output e su un file specificato come
4557 argomento, il codice completo si trova nel file \texttt{tee.c} dei sorgenti
4558 allegati alla guida.
4560 \begin{figure}[!htbp]
4561 \footnotesize \centering
4562 \begin{minipage}[c]{15cm}
4563 \includecodesample{listati/tee.c}
4566 \caption{Esempio di codice che usa \func{tee} per copiare i dati dello
4567 standard input sullo standard output e su un file.}
4568 \label{fig:tee_example}
4571 La prima parte del programma (\texttt{\small 10--35}) si cura semplicemente di
4572 controllare (\texttt{\small 11--14}) che sia stato fornito almeno un argomento
4573 (il nome del file su cui scrivere), di aprirlo ({\small 15--19}) e che sia lo
4574 standard input (\texttt{\small 20--27}) che lo standard output (\texttt{\small
4575 28--35}) corrispondano ad una \textit{pipe}.
4577 Il ciclo principale (\texttt{\small 37--58}) inizia con la chiamata a
4578 \func{tee} che duplica il contenuto dello standard input sullo standard output
4579 (\texttt{\small 39}), questa parte è del tutto analoga ad una lettura ed
4580 infatti come nell'esempio di fig.~\ref{fig:splice_example} si controlla il
4581 valore di ritorno della funzione in \var{len}; se questo è nullo significa che
4582 non ci sono più dati da leggere e si chiude il ciclo (\texttt{\small 40}), se
4583 è negativo c'è stato un errore, ed allora si ripete la chiamata se questo è
4584 dovuto ad una interruzione (\texttt{\small 42--44}) o si stampa un messaggio
4585 di errore e si esce negli altri casi (\texttt{\small 44--47}).
4587 Una volta completata la copia dei dati sullo standard output si possono
4588 estrarre dalla standard input e scrivere sul file, di nuovo su usa un ciclo di
4589 scrittura (\texttt{\small 50--58}) in cui si ripete una chiamata a
4590 \func{splice} (\texttt{\small 51}) fintanto che non si sono scritti tutti i
4591 \var{len} byte copiati in precedenza con \func{tee} (il funzionamento è
4592 identico all'analogo ciclo di scrittura del precedente esempio di
4593 fig.~\ref{fig:splice_example}).
4595 Infine una nota finale riguardo \func{splice}, \func{vmsplice} e \func{tee}:
4596 occorre sottolineare che benché finora si sia parlato di trasferimenti o copie
4597 di dati in realtà nella implementazione di queste system call non è affatto
4598 detto che i dati vengono effettivamente spostati o copiati, il kernel infatti
4599 realizza le \textit{pipe} come un insieme di puntatori\footnote{per essere
4600 precisi si tratta di un semplice buffer circolare, un buon articolo sul tema
4601 si trova su \href{http://lwn.net/Articles/118750/}
4602 {\textsf{http://lwn.net/Articles/118750/}}.} alle pagine di memoria interna
4603 che contengono i dati, per questo una volta che i dati sono presenti nella
4604 memoria del kernel tutto quello che viene fatto è creare i suddetti puntatori
4605 ed aumentare il numero di referenze; questo significa che anche con \func{tee}
4606 non viene mai copiato nessun byte, vengono semplicemente copiati i puntatori.
4608 % TODO?? dal 2.6.25 splice ha ottenuto il supporto per la ricezione su rete
4611 \subsection{Gestione avanzata dell'accesso ai dati dei file}
4612 \label{sec:file_fadvise}
4614 Nell'uso generico dell'interfaccia per l'accesso al contenuto dei file le
4615 operazioni di lettura e scrittura non necessitano di nessun intervento di
4616 supervisione da parte dei programmi, si eseguirà una \func{read} o una
4617 \func{write}, i dati verranno passati al kernel che provvederà ad effettuare
4618 tutte le operazioni (e a gestire il \textit{caching} dei dati) per portarle a
4619 termine in quello che ritiene essere il modo più efficiente.
4621 Il problema è che il concetto di migliore efficienza impiegato dal kernel è
4622 relativo all'uso generico, mentre esistono molti casi in cui ci sono esigenze
4623 specifiche dei singoli programmi, che avendo una conoscenza diretta di come
4624 verranno usati i file, possono necessitare di effettuare delle ottimizzazioni
4625 specifiche, relative alle proprie modalità di I/O sugli stessi. Tratteremo in
4626 questa sezione una serie funzioni che consentono ai programmi di ottimizzare
4627 il loro accesso ai dati dei file e controllare la gestione del relativo
4630 \itindbeg{read-ahead}
4632 Una prima funzione che può essere utilizzata per modificare la gestione
4633 ordinaria dell'I/O su un file è \funcd{readahead},\footnote{questa è una
4634 funzione specifica di Linux, introdotta con il kernel 2.4.13, e non deve
4635 essere usata se si vogliono scrivere programmi portabili.} che consente di
4636 richiedere una lettura anticipata del contenuto dello stesso in cache, così
4637 che le seguenti operazioni di lettura non debbano subire il ritardo dovuto
4638 all'accesso al disco; il suo prototipo è:
4642 \funcdecl{ssize\_t readahead(int fd, off64\_t *offset, size\_t count)}
4644 Esegue una lettura preventiva del contenuto di un file in cache.
4646 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
4647 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
4649 \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
4650 valido o non è aperto in lettura.
4651 \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{fd} si riferisce ad un tipo di
4652 file che non supporta l'operazione (come una pipe o un socket).
4657 La funzione richiede che venga letto in anticipo il contenuto del file
4658 \param{fd} a partire dalla posizione \param{offset} e per un ammontare di
4659 \param{count} byte, in modo da portarlo in cache. La funzione usa la
4660 \index{memoria~virtuale} memoria virtuale ed il meccanismo della
4661 \index{paginazione} paginazione per cui la lettura viene eseguita in blocchi
4662 corrispondenti alle dimensioni delle pagine di memoria, ed i valori di
4663 \param{offset} e \param{count} vengono arrotondati di conseguenza.
4665 La funzione estende quello che è un comportamento normale del kernel che
4666 quando si legge un file, aspettandosi che l'accesso prosegua, esegue sempre
4667 una lettura preventiva di una certa quantità di dati; questo meccanismo di
4668 lettura anticipata viene chiamato \textit{read-ahead}, da cui deriva il nome
4669 della funzione. La funzione \func{readahead}, per ottimizzare gli accessi a
4670 disco, effettua la lettura in cache della sezione richiesta e si blocca
4671 fintanto che questa non viene completata. La posizione corrente sul file non
4672 viene modificata ed indipendentemente da quanto indicato con \param{count} la
4673 lettura dei dati si interrompe una volta raggiunta la fine del file.
4675 Si può utilizzare questa funzione per velocizzare le operazioni di lettura
4676 all'interno di un programma tutte le volte che si conosce in anticipo quanti
4677 dati saranno necessari nelle elaborazioni successive. Si potrà così
4678 concentrare in un unico momento (ad esempio in fase di inizializzazione) la
4679 lettura dei dati da disco, così da ottenere una migliore velocità di risposta
4680 nelle operazioni successive.
4682 \itindend{read-ahead}
4684 Il concetto di \func{readahead} viene generalizzato nello standard
4685 POSIX.1-2001 dalla funzione \func{posix\_fadvise},\footnote{anche se
4686 l'argomento \param{len} è stato modificato da \ctyp{size\_t} a \ctyp{off\_t}
4687 nella revisione POSIX.1-2003 TC5.} che consente di ``\textsl{avvisare}'' il
4688 kernel sulle modalità con cui si intende accedere nel futuro ad una certa
4689 porzione di un file,\footnote{la funzione però è stata introdotta su Linux
4690 solo a partire dal kernel 2.5.60.} così che esso possa provvedere le
4691 opportune ottimizzazioni; il prototipo di \funcd{posix\_fadvise}, che è
4692 disponibile soltanto se è stata definita la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad
4693 valore di almeno 600, è:
4697 \funcdecl{int posix\_fadvise(int fd, off\_t offset, off\_t len, int advice)}
4699 Dichiara al kernel le future modalità di accesso ad un file.
4701 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
4702 errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
4704 \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
4706 \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{advice} non è valido o
4707 \param{fd} si riferisce ad un tipo di file che non supporta l'operazione
4708 (come una pipe o un socket).
4709 \item[\errcode{ESPIPE}] previsto dallo standard se \param{fd} è una pipe o
4710 un socket (ma su Linux viene restituito \errcode{EINVAL}).
4715 La funzione dichiara al kernel le modalità con cui intende accedere alla
4716 regione del file indicato da \param{fd} che inizia alla posizione
4717 \param{offset} e si estende per \param{len} byte. Se per \param{len} si usa un
4718 valore nullo la regione coperta sarà da \param{offset} alla fine del
4719 file.\footnote{questo è vero solo per le versioni più recenti, fino al kernel
4720 2.6.6 il valore nullo veniva interpretato letteralmente.} Le modalità sono
4721 indicate dall'argomento \param{advice} che è una maschera binaria dei valori
4722 illustrati in tab.~\ref{tab:posix_fadvise_flag}, che riprendono il significato
4723 degli analoghi già visti in sez.~\ref{sec:file_memory_map} per
4724 \func{madvise}.\footnote{dato che si tratta dello stesso tipo di funzionalità,
4725 in questo caso applicata direttamente al sistema ai contenuti di un file
4726 invece che alla sua mappatura in memoria.} Si tenga presente comunque che la
4727 funzione dà soltanto un avvertimento, non esiste nessun vincolo per il kernel,
4728 che utilizza semplicemente l'informazione.
4733 \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
4735 \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
4738 \const{POSIX\_FADV\_NORMAL} & Non ci sono avvisi specifici da fare
4739 riguardo le modalità di accesso, il
4740 comportamento sarà identico a quello che si
4741 avrebbe senza nessun avviso.\\
4742 \const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL}& L'applicazione si aspetta di accedere di
4743 accedere ai dati specificati in maniera
4744 sequenziale, a partire dalle posizioni più
4746 \const{POSIX\_FADV\_RANDOM} & I dati saranno letti in maniera
4747 completamente causale.\\
4748 \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} & I dati saranno acceduti una sola volta.\\
4749 \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}& I dati saranno acceduti a breve.\\
4750 \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED}& I dati non saranno acceduti a breve.\\
4753 \caption{Valori delle costanti usabili per l'argomento \param{advice} di
4754 \func{posix\_fadvise}, che indicano la modalità con cui si intende accedere
4756 \label{tab:posix_fadvise_flag}
4759 Come \func{madvise} anche \func{posix\_fadvise} si appoggia al sistema della
4760 memoria virtuale ed al meccanismo standard del \textit{read-ahead} utilizzato
4761 dal kernel; in particolare utilizzando il valore
4762 \const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL} si raddoppia la dimensione dell'ammontare di
4763 dati letti preventivamente rispetto al default, aspettandosi appunto una
4764 lettura sequenziale che li utilizzerà, mentre con \const{POSIX\_FADV\_RANDOM}
4765 si disabilita del tutto il suddetto meccanismo, dato che con un accesso del
4766 tutto casuale è inutile mettersi a leggere i dati immediatamente successivi
4767 gli attuali; infine l'uso di \const{POSIX\_FADV\_NORMAL} consente di
4768 riportarsi al comportamento di default.
4770 Le due modalità \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} e \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}
4771 fino al kernel 2.6.18 erano equivalenti, a partire da questo kernel la prima
4772 viene non ha più alcun effetto, mentre la seconda dà inizio ad una lettura in
4773 cache della regione del file indicata. La quantità di dati che verranno letti
4774 è ovviamente limitata in base al carico che si viene a creare sul sistema
4775 della memoria virtuale, ma in genere una lettura di qualche megabyte viene
4776 sempre soddisfatta (ed un valore superiore è solo raramente di qualche
4777 utilità). In particolare l'uso di \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED} si può
4778 considerare l'equivalente POSIX di \func{readahead}.
4780 Infine con \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED} si dice al kernel di liberare le
4781 pagine di cache occupate dai dati presenti nella regione di file indicata.
4782 Questa è una indicazione utile che permette di alleggerire il carico sulla
4783 cache, ed un programma può utilizzare periodicamente questa funzione per
4784 liberare pagine di memoria da dati che non sono più utilizzati per far posto a
4785 nuovi dati utili.\footnote{la pagina di manuale riporta l'esempio dello
4786 streaming di file di grosse dimensioni, dove le pagine occupate dai dati già
4787 inviati possono essere tranquillamente scartate.}
4789 Sia \func{posix\_fadvise} che \func{readahead} attengono alla ottimizzazione
4790 dell'accesso in lettura; lo standard POSIX.1-2001 prevede anche una funzione
4791 specifica per le operazioni di scrittura,
4792 \funcd{posix\_fallocate},\footnote{la funzione è stata introdotta a partire
4793 dalle glibc 2.1.94.} che consente di preallocare dello spazio disco per
4794 assicurarsi che una seguente scrittura non fallisca, il suo prototipo,
4795 anch'esso disponibile solo se si definisce la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad
4800 \funcdecl{int posix\_fallocate(int fd, off\_t offset, off\_t len)}
4802 Richiede la allocazione di spazio disco per un file.
4804 \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e direttamente un
4805 codice di errore, in caso di fallimento, in questo caso \var{errno} non
4806 viene impostata, ma sarà restituito direttamente uno dei valori:
4808 \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
4809 valido o non è aperto in scrittura.
4810 \item[\errcode{EINVAL}] o \param{offset} o \param{len} sono minori di
4812 \item[\errcode{EFBIG}] il valore di (\param{offset} + \param{len}) eccede
4813 la dimensione massima consentita per un file.
4814 \item[\errcode{ENODEV}] l'argomento \param{fd} non fa riferimento ad un
4816 \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è sufficiente spazio disco per eseguire
4818 \item[\errcode{ESPIPE}] l'argomento \param{fd} è una pipe.
4823 La funzione assicura che venga allocato sufficiente spazio disco perché sia
4824 possibile scrivere sul file indicato dall'argomento \param{fd} nella regione
4825 che inizia dalla posizione \param{offset} e si estende per \param{len} byte;
4826 se questa regione si estende oltre la fine del file le dimensioni di
4827 quest'ultimo saranno incrementate di conseguenza. Dopo aver eseguito con
4828 successo la funzione è garantito che una successiva scrittura nella regione
4829 indicata non fallirà per mancanza di spazio disco. La funzione non ha nessun
4830 effetto né sul contenuto, né sulla posizione corrente del file.
4832 Ci si può chiedere a cosa possa servire una funzione come
4833 \func{posix\_fallocate} dato che è sempre possibile ottenere l'effetto voluto
4834 eseguendo esplicitamente sul file la scrittura\footnote{usando \funcd{pwrite}
4835 per evitare spostamenti della posizione corrente sul file.} di una serie di
4836 zeri per l'estensione di spazio necessaria qualora il \itindex{sparse~file}
4837 file debba essere esteso o abbia dei \index{file!\textit{hole}}
4838 buchi.\footnote{si ricordi che occorre scrivere per avere l'allocazione e che
4839 l'uso di \func{truncate} per estendere un file creerebbe soltanto uno
4840 \itindex{sparse~file} \textit{sparse file} (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
4841 senza una effettiva allocazione dello spazio disco.} In realtà questa è la
4842 modalità con cui la funzione veniva realizzata nella prima versione fornita
4843 dalle \acr{glibc}, per cui la funzione costituiva in sostanza soltanto una
4844 standardizzazione delle modalità di esecuzione di questo tipo di allocazioni.
4846 Questo metodo, anche se funzionante, comporta però l'effettiva esecuzione una
4847 scrittura su tutto lo spazio disco necessario, da fare al momento della
4848 richiesta di allocazione, pagandone il conseguente prezzo in termini di
4849 prestazioni; il tutto quando in realtà servirebbe solo poter riservare lo
4850 spazio per poi andarci a scrivere, una sola volta, quando il contenuto finale
4851 diventa effettivamente disponibile.
4853 Per poter fare tutto questo è però necessario il supporto da parte del kernel,
4854 e questo è divenuto disponibile solo a partire dal kernel 2.6.23 in cui è
4855 stata introdotta la nuova \textit{system call} \func{fallocate},\footnote{non
4856 è detto che la funzione sia disponibile per tutti i filesystem, ad esempio
4857 per XFS il supporto è stato introdotto solo a partire dal kernel 2.6.25.}
4858 che consente di realizzare direttamente all'interno del kernel l'allocazione
4859 dello spazio disco così da poter realizzare una versione di
4860 \func{posix\_fallocate} con prestazioni molto più elevate.\footnote{nelle
4861 \acr{glibc} la nuova \textit{system call} viene sfruttata per la
4862 realizzazione di \func{posix\_fallocate} a partire dalla versione 2.10.}
4864 Trattandosi di una funzione di servizio, ed ovviamente disponibile
4865 esclusivamente su Linux, inizialmente \funcd{fallocate} non era stata definita
4866 come funzione di libreria,\footnote{pertanto poteva essere invocata soltanto
4867 in maniera indiretta con l'ausilio di \func{syscall}, vedi
4868 sez.~\ref{sec:intro_syscall}, come \code{long fallocate(int fd, int mode,
4869 loff\_t offset, loff\_t len)}.} ma a partire dalle \acr{glibc} 2.10 è
4870 stato fornito un supporto esplicito; il suo prototipo è:
4872 \headdecl{linux/fcntl.h}
4874 \funcdecl{int fallocate(int fd, int mode, off\_t offset, off\_t len)}
4876 Prealloca dello spazio disco per un file.
4878 \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di errore,
4879 nel qual caso \var{errno} può assumere i valori:
4881 \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non fa riferimento ad un file descriptor
4882 valido aperto in scrittura.
4883 \item[\errcode{EFBIG}] la somma di \param{offset} e \param{len} eccede le
4884 dimensioni massime di un file.
4885 \item[\errcode{EINVAL}] \param{offset} è minore di zero o \param{len} è
4886 minore o uguale a zero.
4887 \item[\errcode{ENODEV}] \param{fd} non fa riferimento ad un file ordinario
4889 \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è spazio disco sufficiente per l'operazione.
4890 \item[\errcode{ENOSYS}] il filesystem contenente il file associato
4891 a \param{fd} non supporta \func{fallocate}.
4892 \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] il filesystem contenente il file associato
4893 a \param{fd} non supporta l'operazione \param{mode}.
4895 ed inoltre \errval{EINTR}, \errval{EIO}.
4899 La funzione prende gli stessi argomenti di \func{posix\_fallocate} con lo
4900 stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{mode} che indica le
4901 modalità di allocazione; al momento quest'ultimo può soltanto essere nullo o
4902 assumere il valore \const{FALLOC\_FL\_KEEP\_SIZE} che richiede che la
4903 dimensione del file\footnote{quella ottenuta nel campo \var{st\_size} di una
4904 struttura \struct{stat} dopo una chiamata a \texttt{fstat}.} non venga
4905 modificata anche quando la somma di \param{offset} e \param{len} eccede la
4906 dimensione corrente.
4908 Se \param{mode} è nullo invece la dimensione totale del file in caso di
4909 estensione dello stesso viene aggiornata, come richiesto per
4910 \func{posix\_fallocate}, ed invocata in questo modo si può considerare
4911 \func{fallocate} come l'implementazione ottimale di \func{posix\_fallocate} a
4914 % vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
4915 % http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_23
4920 %\subsection{L'utilizzo delle porte di I/O}
4921 %\label{sec:file_io_port}
4923 % TODO l'I/O sulle porte di I/O
4924 % consultare le manpage di ioperm, iopl e outb
4930 % LocalWords: dell'I locking multiplexing cap dell' sez system call socket BSD
4931 % LocalWords: descriptor client deadlock NONBLOCK EAGAIN polling select kernel
4932 % LocalWords: pselect like sys unistd int fd readfds writefds exceptfds struct
4933 % LocalWords: timeval errno EBADF EINTR EINVAL ENOMEM sleep tab signal void of
4934 % LocalWords: CLR ISSET SETSIZE POSIX read NULL nell'header l'header glibc fig
4935 % LocalWords: libc header psignal sigmask SOURCE XOPEN timespec sigset race DN
4936 % LocalWords: condition sigprocmask tut self trick oldmask poll XPG pollfd l'I
4937 % LocalWords: ufds unsigned nfds RLIMIT NOFILE EFAULT ndfs events revents hung
4938 % LocalWords: POLLIN POLLRDNORM POLLRDBAND POLLPRI POLLOUT POLLWRNORM POLLERR
4939 % LocalWords: POLLWRBAND POLLHUP POLLNVAL POLLMSG SysV stream ASYNC SETOWN FAQ
4940 % LocalWords: GETOWN fcntl SETFL SIGIO SETSIG Stevens driven siginfo sigaction
4941 % LocalWords: all'I nell'I Frequently Unanswered Question SIGHUP lease holder
4942 % LocalWords: breaker truncate write SETLEASE arg RDLCK WRLCK UNLCK GETLEASE
4943 % LocalWords: uid capabilities capability EWOULDBLOCK notify dall'OR ACCESS st
4944 % LocalWords: pread readv MODIFY pwrite writev ftruncate creat mknod mkdir buf
4945 % LocalWords: symlink rename DELETE unlink rmdir ATTRIB chown chmod utime lio
4946 % LocalWords: MULTISHOT thread linkando librt layer aiocb asyncronous control
4947 % LocalWords: block ASYNCHRONOUS lseek fildes nbytes reqprio PRIORITIZED sigev
4948 % LocalWords: PRIORITY SCHEDULING opcode listio sigevent signo value function
4949 % LocalWords: aiocbp ENOSYS append error const EINPROGRESS fsync return ssize
4950 % LocalWords: DSYNC fdatasync SYNC cancel ECANCELED ALLDONE CANCELED suspend
4951 % LocalWords: NOTCANCELED list nent timout sig NOP WAIT NOWAIT size count iov
4952 % LocalWords: iovec vector EOPNOTSUPP EISDIR len memory mapping mapped swap NB
4953 % LocalWords: mmap length prot flags off MAP FAILED ANONYMOUS EACCES SHARED SH
4954 % LocalWords: only ETXTBSY DENYWRITE ENODEV filesystem EPERM EXEC noexec table
4955 % LocalWords: ENFILE lenght segment violation SIGSEGV FIXED msync munmap copy
4956 % LocalWords: DoS Denial Service EXECUTABLE NORESERVE LOCKED swapping stack fs
4957 % LocalWords: GROWSDOWN ANON POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old
4958 % LocalWords: exec atime ctime mtime mprotect addr EACCESS mremap address new
4959 % LocalWords: long MAYMOVE realloc VMA virtual Ingo Molnar remap pages pgoff
4960 % LocalWords: dall' fault cache linker prelink advisory discrectionary lock fl
4961 % LocalWords: flock shared exclusive operation dup inode linked NFS cmd ENOLCK
4962 % LocalWords: EDEADLK whence SEEK CUR type pid GETLK SETLK SETLKW all'inode HP
4963 % LocalWords: switch bsd lockf mandatory SVr sgid group root mount mand TRUNC
4964 % LocalWords: SVID UX Documentation sendfile dnotify inotify NdA ppoll fds add
4965 % LocalWords: init EMFILE FIONREAD ioctl watch char pathname uint mask ENOSPC
4966 % LocalWords: dell'inode CLOSE NOWRITE MOVE MOVED FROM TO rm wd event page ctl
4967 % LocalWords: attribute Universe epoll Solaris kqueue level triggered Jonathan
4968 % LocalWords: Lemon BSDCON edge Libenzi kevent backporting epfd EEXIST ENOENT
4969 % LocalWords: MOD wait EPOLLIN EPOLLOUT EPOLLRDHUP SOCK EPOLLPRI EPOLLERR one
4970 % LocalWords: EPOLLHUP EPOLLET EPOLLONESHOT shot maxevents ctlv ALL DONT HPUX
4971 % LocalWords: FOLLOW ONESHOT ONLYDIR FreeBSD EIO caching sysctl instances name
4972 % LocalWords: watches IGNORED ISDIR OVERFLOW overflow UNMOUNT queued cookie ls
4973 % LocalWords: NUL sizeof casting printevent nread limits sysconf SC wrapper Di
4974 % LocalWords: splice result argument DMA controller zerocopy Linus Larry Voy
4975 % LocalWords: Jens Anxboe vmsplice seek ESPIPE GIFT TCP CORK MSG splicecp nr
4976 % LocalWords: nwrite segs patch readahead posix fadvise TC advice FADV NORMAL
4977 % LocalWords: SEQUENTIAL NOREUSE WILLNEED DONTNEED streaming fallocate EFBIG
4978 % LocalWords: POLLRDHUP half close pwait Gb madvise MADV ahead REMOVE tmpfs
4979 % LocalWords: DONTFORK DOFORK shmfs preadv pwritev syscall linux loff head XFS
4980 % LocalWords: MERGEABLE EOVERFLOW prealloca hole FALLOC KEEP stat fstat
4981 % LocalWords: conditions sigwait
4984 %%% Local Variables:
4986 %%% TeX-master: "gapil"