intro.tex

   1 \chapter{L'architettura del sistema}
   2 \label{cha:intro_unix}
   3
   4 In questo primo capitolo sarà fatta un'introduzione ai concetti generali su
   5 cui è basato un sistema operativo di tipo Unix come GNU/Linux, in questo modo
   6 potremo fornire una base di comprensione mirata a sottolineare le peculiarità
   7 del sistema che sono più rilevanti per quello che riguarda la programmazione.
   8
   9 Dopo un'introduzione sulle caratteristiche principali di un sistema di tipo
  10 Unix passeremo ad illustrare alcuni dei concetti base dell'architettura di
  11 GNU/Linux (che sono comunque comuni a tutti i sistemi \textit{unix-like}) ed
  12 introdurremo alcuni degli standard principali a cui viene fatto riferimento.
  13
  14
  15 \section{Una panoramica}
  16 \label{sec:intro_unix_struct}
  17
  18 In questa prima sezione faremo una breve panoramica sull'architettura del
  19 sistema.  Chi avesse già una conoscenza di questa materia può tranquillamente
  20 saltare questa sezione.
  21
  22
  23 \subsection{Concetti base}
  24 \label{sec:intro_base_concept}
  25
  26 Il concetto base di un sistema unix-like è quello di un nucleo del sistema (il
  27 cosiddetto \textit{kernel}, nel nostro caso Linux) a cui si demanda la
  28 gestione delle risorse essenziali (la CPU, la memoria, le periferiche) mentre
  29 tutto il resto, quindi anche la parte che prevede l'interazione con l'utente,
  30 deve venire realizzato tramite programmi eseguiti dal kernel e che accedano
  31 alle risorse hardware tramite delle richieste a quest'ultimo.
  32
  33 Fin dall'inizio uno Unix si presenta come un sistema operativo
  34 \textit{multitasking}, cioè in grado di eseguire contemporaneamente più
  35 programmi, e multiutente, in cui è possibile che più utenti siano connessi ad
  36 una macchina eseguendo più programmi ``in contemporanea'' (in realtà, almeno
  37 per macchine a processore singolo, i programmi vengono eseguiti singolarmente
  38 a rotazione).
  39
  40 % Questa e` una distinzione essenziale da capire,
  41 %specie nei confronti dei sistemi operativi successivi, nati per i personal
  42 %computer (e quindi per un uso personale), sui quali l'hardware (allora
  43 %limitato) non consentiva la realizzazione di un sistema evoluto come uno unix.
  44
  45 I kernel Unix più recenti, come Linux, sono realizzati sfruttando alcune
  46 caratteristiche dei processori moderni come la gestione hardware della memoria
  47 e la modalità protetta. In sostanza con i processori moderni si può
  48 disabilitare temporaneamente l'uso di certe istruzioni e l'accesso a certe
  49 zone di memoria fisica.  Quello che succede è che il kernel è il solo
  50 programma ad essere eseguito in modalità privilegiata, con il completo accesso
  51 all'hardware, mentre i programmi normali vengono eseguiti in modalità protetta
  52 (e non possono accedere direttamente alle zone di memoria riservate o alle
  53 porte di input/output).
  54
  55 Una parte del kernel, lo \textit{scheduler}, si occupa di stabilire, ad
  56 intervalli fissi e sulla base di un opportuno calcolo delle priorità, quale
  57 ``processo'' deve essere posto in esecuzione (il cosiddetto \textit{preemptive
  58   scheduling}\index{preemptive scheduling}). Questo verrà comunque eseguito in
  59 modalità protetta; quando necessario il processo potrà accedere alle risorse
  60 hardware soltanto attraverso delle opportune chiamate al sistema che
  61 restituiranno il controllo al kernel.
  62
  63 La memoria viene sempre gestita dal kernel attraverso il meccanismo della
  64 \textsl{memoria virtuale}\index{memoria virtuale}, che consente di assegnare a
  65 ciascun processo uno spazio di indirizzi ``virtuale'' (vedi
  66 \secref{sec:proc_memory}) che il kernel stesso, con l'ausilio della unità di
  67 gestione della memoria, si incaricherà di rimappare automaticamente sulla
  68 memoria disponibile, salvando su disco quando necessario (nella cosiddetta
  69 area di \textit{swap}) le pagine di memoria in eccedenza.
  70
  71 Le periferiche infine vengono viste in genere attraverso un'interfaccia
  72 astratta che permette di trattarle come fossero file, secondo il concetto per
  73 cui \textit{everything is a file}, su cui torneremo in dettaglio in
  74 \capref{cha:file_intro}, (questo non è vero per le interfacce di rete, che
  75 hanno un'interfaccia diversa, ma resta valido il concetto generale che tutto
  76 il lavoro di accesso e gestione a basso livello è effettuato dal kernel).
  77
  78
  79 \subsection{User space e kernel space}
  80 \label{sec:intro_user_kernel_space}
  81
  82 Uno dei concetti fondamentali su cui si basa l'architettura dei sistemi Unix è
  83 quello della distinzione fra il cosiddetto \textit{user space}, che
  84 contraddistingue l'ambiente in cui vengono eseguiti i programmi, e il
  85 \textit{kernel space}, che è l'ambiente in cui viene eseguito il kernel. Ogni
  86 programma vede sé stesso come se avesse la piena disponibilità della CPU e
  87 della memoria ed è, salvo i meccanismi di comunicazione previsti
  88 dall'architettura, completamente ignaro del fatto che altri programmi possono
  89 essere messi in esecuzione dal kernel.
  90
  91 Per questa separazione non è possibile ad un singolo programma disturbare
  92 l'azione di un altro programma o del sistema e questo è il principale motivo
  93 della stabilità di un sistema unix-like nei confronti di altri sistemi in cui
  94 i processi non hanno di questi limiti, o che vengono per vari motivi eseguiti
  95 al livello del kernel.
  96
  97 Pertanto deve essere chiaro a chi programma in Unix che l'accesso diretto
  98 all'hardware non può avvenire se non all'interno del kernel; al di fuori dal
  99 kernel il programmatore deve usare le opportune interfacce che quest'ultimo
 100 fornisce allo user space.
 101
 102
 103 \subsection{Il kernel e il sistema}
 104 \label{sec:intro_kern_and_sys}
 105
 106 Per capire meglio la distinzione fra kernel space e user space si può prendere
 107 in esame la procedura di avvio di un sistema unix-like; all'avvio il BIOS (o
 108 in generale il software di avvio posto nelle EPROM) eseguirà la procedura di
 109 avvio del sistema (il cosiddetto \textit{boot}), incaricandosi di caricare il
 110 kernel in memoria e di farne partire l'esecuzione; quest'ultimo, dopo aver
 111 inizializzato le periferiche, farà partire il primo processo, \cmd{init}, che
 112 è quello che a sua volta farà partire tutti i processi successivi. Fra questi
 113 ci sarà pure quello che si occupa di dialogare con la tastiera e lo schermo
 114 della console, e quello che mette a disposizione dell'utente che si vuole
 115 collegare, un terminale e la \textit{shell} da cui inviare i comandi.
 116
 117 E' da rimarcare come tutto ciò, che usualmente viene visto come parte del
 118 sistema, non abbia in realtà niente a che fare con il kernel, ma sia
 119 effettuato da opportuni programmi che vengono eseguiti, allo stesso modo di un
 120 qualunque programma di scrittura o di disegno, in user space.
 121
 122 Questo significa, ad esempio, che il sistema di per sé non dispone di
 123 primitive per tutta una serie di operazioni (come la copia di un file) che
 124 altri sistemi (come Windows) hanno invece al loro interno. Pertanto buona
 125 parte delle operazioni di normale amministrazione di un sistema, come quella
 126 in esempio, sono implementate come normali programmi.
 127
 128 %Una delle caratteristiche base di unix \`e perci\`o che \`e possibile
 129 %realizzare un sistema di permessi e controlli che evitano che i programmi
 130 %eseguano accessi non autorizzati.
 131
 132 Per questo motivo quando ci si riferisce al sistema nella sua interezza è
 133 corretto parlare di un sistema GNU/Linux: da solo il kernel è assolutamente
 134 inutile; quello che costruisce un sistema operativo utilizzabile è la presenza
 135 di tutta una serie di librerie e programmi di utilità (che di norma sono
 136 quelli realizzati dal progetto GNU della Free Software Foundation) che
 137 permettono di eseguire le normali operazioni che ci si aspetta da un sistema
 138 operativo.
 139
 140
 141 \subsection{Chiamate al sistema e librerie di funzioni}
 142 \label{sec:intro_syscall}
 143
 144 Come accennato le interfacce con cui i programmi possono accedere all'hardware
 145 vanno sotto il nome di chiamate al sistema (le cosiddette \textit{system
 146   call}), si tratta di un insieme di funzioni che un programma può chiamare,
 147 per le quali viene generata un'interruzione del processo passando il controllo
 148 dal programma al kernel. Sarà poi quest'ultimo che (oltre a compiere una serie
 149 di operazioni interne come la gestione del multitasking e l'allocazione della
 150 memoria) eseguirà la funzione richiesta in \textit{kernel space} restituendo i
 151 risultati al chiamante.
 152
 153 Ogni versione di Unix ha storicamente sempre avuto un certo numero di queste
 154 chiamate, che sono riportate nella seconda sezione del \textsl{Manuale di
 155   programmazione di Unix} (quella cui si accede con il comando \cmd{man 2
 156   <nome>}) e Linux non fa eccezione. Queste sono poi state codificate da vari
 157 standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}. Uno
 158 schema elementare della struttura del sistema è riportato in
 159 \figref{fig:intro_sys_struct}.
 160
 161 \begin{figure}[htb]
 162   \centering
 163   \includegraphics[width=10cm]{img/struct_sys}
 164   \caption{Schema di massima della struttura di interazione fra processi,
 165     kernel e dispositivi in Linux.}
 166   \label{fig:intro_sys_struct}
 167 \end{figure}
 168
 169 Normalmente ciascuna di queste chiamate al sistema viene rimappata in
 170 opportune funzioni con lo stesso nome definite dentro la Libreria Standard del
 171 C, che, oltre alle interfacce alle system call, contiene anche tutta la serie
 172 delle ulteriori funzioni definite dai vari standard, che sono comunemente
 173 usate nella programmazione.
 174
 175 Questo è importante da capire perché programmare in Linux significa anzitutto
 176 essere in grado di usare le varie interfacce contenute nella Libreria Standard
 177 del C, in quanto né il kernel, né il linguaggio C, implementano direttamente
 178 operazioni comuni come l'allocazione dinamica della memoria, l'input/output
 179 bufferizzato o la manipolazione delle stringhe, presenti in qualunque
 180 programma.
 181
 182 Quanto appena illustrato mette in evidenza il fatto che nella stragrande
 183 maggioranza dei casi,\footnote{esistono implementazioni diverse delle librerie
 184   del C, come le \textit{libc5} o le \textit{uclib}, che non derivano dal
 185   progetto GNU, ma oggi sono, tranne casi particolari, completamente
 186   soppiantate dalle \acr{glibc}.} si dovrebbe usare il nome GNU/Linux
 187 (piuttosto che soltanto Linux) in quanto una parte essenziale del sistema
 188 (senza la quale niente funzionerebbe) è la GNU Standard C Library (in breve
 189 \acr{glibc}), ovvero la libreria realizzata dalla Free Software Foundation
 190 nella quale sono state implementate tutte le funzioni essenziali definite
 191 negli standard POSIX e ANSI C, utilizzabili da qualunque programma.
 192
 193 Le funzioni di questa libreria sono quelle riportate dalla terza sezione del
 194 \textsl{Manuale di Programmazione di Unix }(cioè accessibili con il comando
 195 \cmd{man 3 <nome>}) e sono costruite sulla base delle chiamate al sistema del
 196 kernel; è importante avere presente questa distinzione, fondamentale dal punto
 197 di vista dell'implementazione, anche se poi, nella realizzazione di normali
 198 programmi, non si hanno differenze pratiche fra l'uso di una funzione di
 199 libreria e quello di una chiamata al sistema.
 200
 201
 202 \subsection{Un sistema multiutente}
 203 \label{sec:intro_multiuser}
 204
 205 Linux, come gli altri kernel Unix, nasce fin dall'inizio come sistema
 206 multiutente, cioè in grado di fare lavorare più persone in contemporanea. Per
 207 questo esistono una serie di meccanismi di sicurezza, che non sono previsti in
 208 sistemi operativi monoutente, e che occorre tenere presente.
 209
 210 Il concetto base è quello di utente (\textit{user}) del sistema, le cui
 211 capacità rispetto a quello che può fare sono sottoposte a ben precisi limiti.
 212 Sono così previsti una serie di meccanismi per identificare i singoli utenti
 213 ed una serie di permessi e protezioni per impedire che utenti diversi possano
 214 danneggiarsi a vicenda o danneggiare il sistema.
 215
 216 Ogni utente è identificato da un nome (l'\textit{username}), che è quello che
 217 viene richiesto all'ingresso nel sistema dalla procedura di \textit{login}
 218 (descritta in dettaglio in \secref{sec:sess_login}).  Questa procedura si
 219 incarica di verificare l'identità dell'utente, in genere attraverso la
 220 richiesta di una parola d'ordine (la \textit{password}), anche se sono
 221 possibili meccanismi diversi.\footnote{Ad esempio usando la libreria PAM
 222   (\textit{Pluggable Autentication Methods}) è possibile astrarre
 223   completamente dai meccanismi di autenticazione e sostituire ad esempio l'uso
 224   delle password con meccanismi di identificazione biometrica.}
 225
 226 Eseguita la procedura di riconoscimento in genere il sistema manda in
 227 esecuzione un programma di interfaccia (che può essere la \textit{shell} su
 228 terminale o un'interfaccia grafica) che mette a disposizione dell'utente un
 229 meccanismo con cui questo può impartire comandi o eseguire altri programmi.
 230
 231 Ogni utente appartiene anche ad almeno un gruppo (il cosiddetto
 232 \textit{default group}), ma può essere associato ad altri gruppi (i
 233 \textit{supplementary group}), questo permette di gestire i permessi di
 234 accesso ai file e quindi anche alle periferiche, in maniera più flessibile,
 235 definendo gruppi di lavoro, di accesso a determinate risorse, etc.
 236
 237 L'utente e il gruppo sono identificati da due numeri (la cui corrispondenza ad
 238 un nome espresso in caratteri è inserita nei due file \file{/etc/passwd} e
 239 \file{/etc/groups}). Questi numeri sono l'\textit{user identifier}, detto in
 240 breve \textsl{userid}, ed indicato dall'acronimo \acr{uid}, e il \textit{group
 241   identifier}, detto in breve \textsl{groupid}, ed identificato dall'acronimo
 242 \acr{gid}, e sono quelli che vengono usati dal kernel per identificare
 243 l'utente.
 244
 245 In questo modo il sistema è in grado di tenere traccia per ogni processo
 246 dell'utente a cui appartiene ed impedire ad altri utenti di interferire con
 247 esso. Inoltre con questo sistema viene anche garantita una forma base di
 248 sicurezza interna in quanto anche l'accesso ai file (vedi
 249 \secref{sec:file_access_control}) è regolato da questo meccanismo di
 250 identificazione.
 251
 252 Infine in ogni Unix è presente un utente speciale privilegiato, il cosiddetto
 253 \textit{superuser}, il cui username è di norma \textit{root}, ed il cui
 254 \acr{uid} è zero. Esso identifica l'amministratore del sistema, che deve
 255 essere in grado di fare qualunque operazione; per l'utente \textit{root}
 256 infatti i meccanismi di controllo descritti in precedenza sono
 257 disattivati.\footnote{i controlli infatti vengono sempre eseguiti da un codice
 258   del tipo \code{if (uid) \{ ... \}}}
 259
 260
 261 \section{Gli standard}
 262 \label{sec:intro_standard}
 263
 264 In questa sezione faremo una breve panoramica relativa ai vari standard che
 265 nel tempo sono stati formalizzati da enti, associazioni, consorzi e
 266 organizzazioni varie al riguardo del sistema o alle caratteristiche che si
 267 sono stabilite come standard di fatto in quanto facenti parte di alcune
 268 implementazioni molto diffuse come BSD o SVr4.
 269
 270 Ovviamente prenderemo in considerazione solo gli standard riguardanti
 271 interfacce di programmazione e le altre caratteristiche di un sistema
 272 unix-like (alcuni standardizzano pure i comandi base del sistema e la shell)
 273 ed in particolare ci concentreremo sul come ed in che modo essi sono
 274 supportati sia per quanto riguarda il kernel che le librerie del C (con una
 275 particolare attenzione alle \acr{glibc}).
 276
 277
 278 \subsection{Lo standard ANSI C}
 279 \label{sec:intro_ansiC}
 280
 281 Lo standard ANSI C è stato definito nel 1989 dall'\textit{American National
 282   Standard Institute}, come standard del linguaggio C ed è stato
 283 successivamente adottato dalla \textit{International Standard Organisation}
 284 come standard internazionale con la sigla ISO/IEC 9899:1990, e va anche sotto
 285 il nome di standard ISO C.
 286
 287 Scopo dello standard è quello di garantire la portabilità dei programmi C fra
 288 sistemi operativi diversi, ma oltre alla sintassi ed alla semantica del
 289 linguaggio C (operatori, parole chiave, tipi di dati) lo standard prevede
 290 anche una libreria di funzioni che devono poter essere implementate su
 291 qualunque sistema operativo.
 292
 293 Per questo motivo, anche se lo standard non ha alcun riferimento ad un sistema
 294 di tipo Unix, GNU/Linux (per essere precisi le \acr{glibc}), come molti Unix
 295 moderni, provvede la compatibilità con questo standard, fornendo le funzioni
 296 di libreria da esso previste. Queste sono dichiarate in quindici header file
 297 (anch'essi provvisti dalla \acr{glibc}), uno per ciascuna delle quindici aree
 298 in cui è stata suddivisa una libreria standard. In
 299 \tabref{tab:intro_posix_header} si sono riportati questi header, insieme a
 300 quelli definiti negli altri standard descritti nelle sezioni successive.
 301
 302 \begin{table}[htb]
 303   \footnotesize
 304   \centering
 305   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
 306     \hline
 307     \textbf{Standard} & \textbf{Contenuto} \\
 308     \hline
 309     \hline
 310     \file{assert.h}& Verifica le asserzioni fatte in un programma.\\
 311     \file{cpio.h}  & .\\
 312     \file{} & .\\
 313     \file{} & .\\
 314     \file{} & .\\
 315     \file{} & .\\
 316     \file{} & .\\
 317     \file{} & .\\
 318     \file{} & .\\
 319     \file{} & .\\
 320     \file{} & .\\
 321     \file{stdio.h} & I/O bufferizzato in standard ANSI C.\\
 322     \file{stdlib.h}& definizioni della libreria standard.\\
 323     \hline
 324   \end{tabular}
 325   \caption{Elenco dei vari file di include definiti dallo standard POSIX.}
 326   \label{tab:intro_posix_header}
 327 \end{table}
 328
 329
 330 In realtà \acr{glibc} ed i relativi header file definiscono un insieme di
 331 funzionalità in cui sono incluse come sottoinsieme anche quelle previste dallo
 332 standard ANSI C. È possibile ottenere una conformità stretta allo standard
 333 (scartando le funzionalità addizionali) usando il \cmd{gcc} con l'opzione
 334 \cmd{-ansi}. Questa opzione istruisce il compilatore a definire nei vari
 335 header file soltanto le funzionalità previste dallo standard ANSI C e a non
 336 usare le varie estensioni al linguaggio e al preprocessore da esso supportate.
 337
 338
 339 \subsection{I tipi di dati primitivi}
 340 \label{sec:intro_data_types}
 341
 342 Uno dei problemi di portabilità del codice più comune è quello dei tipi di
 343 dati utilizzati nei programmi, che spesso variano da sistema a sistema, o
 344 anche da una architettura ad un altra (ad esempio passando da macchine con
 345 processori 32 bit a 64).
 346
 347 Storicamente alcuni tipi di dati definiti dallo standard ANSI C sono sempre
 348 stati associati ad alcune variabili nei sistemi Unix, ad esempio la posizione
 349 corrente all'interno di un file è sempre stato associato ad un intero a 32
 350 bit, mentre il numero di dispositivo è sempre stato associato ad un intero a
 351 16 bit. Tutto questo ovviamente costituisce un incubo per la portabilità tutte
 352 le volte che, con l'evolversi delle piattaforme hardware, alcuni di questi
 353 tipi si sono rivelati inadeguati, e se ne è dovuto cambiare la dimensione.
 354
 355 \begin{table}[htb]
 356   \footnotesize
 357   \centering
 358   \begin{tabular}[c]{|l|l|}
 359     \hline
 360     \textbf{Tipo} & \textbf{Contenuto} \\
 361     \hline
 362     \hline
 363     \type{caddr\_t} & core address.\\
 364     \type{clock\_t} & contatore del tempo di sistema.\\
 365     \type{dev\_t}   & Numero di dispositivo.\\
 366     \type{gid\_t}   & Identificatore di un gruppo.\\
 367     \type{ino\_t}   & Numero di \textit{inode}.\\
 368     \type{key\_t}   & Chiave per il System V IPC.\\
 369     \type{loff\_t}  & Posizione corrente in un file.\\
 370     \type{mode\_t}  & Attributi di un file.\\
 371     \type{nlink\_t} & Contatore dei link su un file.\\
 372     \type{off\_t}   & Posizione corrente in un file.\\
 373     \type{pid\_t}   & Identificatore di un processo.\\
 374     \type{rlim\_t}  & Limite sulle risorse.\\
 375     \type{sigset\_t}& Insieme di segnali.\\
 376     \type{ssize\_t} & Dimensione di un oggetto.\\
 377     \type{ssize\_t} & Dimensione in numero  byte ritornata dalle funzioni.\\
 378     \type{ptrdiff\_t}& Differenza fra due puntatori.\\
 379     \type{time\_t}  & Numero di secondi (in tempo di calendario).\\
 380     \type{uid\_t}   & Identificatore di un utente.\\
 381     \hline
 382   \end{tabular}
 383   \caption{Elenco dei tipi primitivi, definiti in \file{sys/types.h}.}
 384   \label{tab:intro_primitive_types}
 385 \end{table}
 386
 387 Per questo motivo tutte le funzioni di libreria di solito non fanno
 388 riferimento ai tipi standard del linguaggio C, ma ad una serie di \textsl{tipi
 389   primitivi}, riportati in \tabref{tab:intro_primitive_types}, caratteristici
 390 di ogni sistema, definiti nell'header file \file{sys/types.h}, che associano i
 391 tipi utilizzati dalle funzioni di sistema ai tipi elementari supportati dal
 392 compilatore C.
 393
 394
 395
 396 \subsection{Lo standard IEEE -- POSIX}
 397 \label{sec:intro_posix}
 398
 399 Uno standard più attinente al sistema nel suo complesso (e che concerne sia il
 400 kernel che le librerie) è lo standard POSIX. Esso prende origine dallo
 401 standard ANSI C, che contiene come sottoinsieme, prevedendo ulteriori capacità
 402 per le funzioni in esso definite, ed aggiungendone di nuove.
 403
 404 In realtà POSIX è una famiglia di standard diversi, il cui nome, suggerito da
 405 Richard Stallman, sta per \textit{Portable Operating System Interface}, ma la
 406 X finale denuncia la sua stretta relazione con i sistemi Unix. Esso nasce dal
 407 lavoro dell'IEEE (\textit{Institute of Electrical and Electronics Engeneers})
 408 che ne produsse una prima versione, nota come IEEE 1003.1-1988, mirante a
 409 standardizzare l'interfaccia con il sistema operativo.
 410
 411 Ma gli standard POSIX non si limitano alla standardizzazione delle funzioni di
 412 libreria, e in seguito sono stati prodotti anche altri standard per la shell e
 413 i comandi di sistema (1003.2), per le estensioni realtime e per i thread
 414 (1003.1d e 1003.1c) e vari altri.  In \tabref{tab:intro_posix_std} è riportata
 415 una classificazione sommaria dei principali documenti prodotti, e di come sono
 416 identificati fra IEEE ed ISO; si tenga conto inoltre che molto spesso si usa
 417 l'estensione IEEE anche come aggiunta al nome POSIX (ad esempio si può parlare
 418 di POSIX.4 come di POSIX.1b).
 419
 420 Si tenga presente però che nuove specifiche e proposte di standardizzazione si
 421 aggiungono continuamente, mentre le versioni precedenti vengono riviste;
 422 talvolta poi i riferimenti cambiamo nome, per cui anche solo seguire le
 423 denominazioni usate diventa particolarmente faticoso; una pagina dove si
 424 possono recuperare varie (e di norma piuttosto intricate) informazioni è:
 425 \href{http://www.pasc.org/standing/sd11.html}
 426 {http://www.pasc.org/standing/sd11.html}.
 427
 428
 429 \begin{table}[htb]
 430   \footnotesize
 431   \centering
 432   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
 433     \hline
 434     \textbf{Standard} & \textbf{IEEE} & \textbf{ISO} & \textbf{Contenuto} \\
 435     \hline
 436     \hline
 437     POSIX.1 & 1003.1 & 9945-1& Interfacce di base                           \\
 438     POSIX.1a& 1003.1a& 9945-1& Estensioni a POSIX.1                         \\
 439     POSIX.2 & 1003.2 & 9945-2& Comandi                                      \\
 440     POSIX.3 & 2003   &TR13210& Metodi di test                               \\
 441     POSIX.4 & 1003.1b &  --- & Estensioni real-time                         \\
 442     POSIX.4a& 1003.1c &  --- & Threads                                      \\
 443     POSIX.4b& 1003.1d &9945-1& Ulteriori estensioni real-time               \\
 444     POSIX.5 & 1003.5  & 14519& Interfaccia per il linguaggio ADA            \\
 445     POSIX.6 & 1003.2c,1e& 9945-2& Sicurezza                                 \\
 446     POSIX.8 & 1003.1f& 9945-1& Accesso ai file via rete                     \\
 447     POSIX.9 & 1003.9  &  --- & Intercaccia per il Fortran-77                \\
 448     POSIX.12& 1003.1g& 9945-1& Sockets                                      \\
 449     \hline
 450   \end{tabular}
 451   \caption{Elenco dei vari standard POSIX e relative denominazioni.}
 452   \label{tab:intro_posix_std}
 453 \end{table}
 454
 455 Benché l'insieme degli standard POSIX siano basati sui sistemi Unix essi
 456 definiscono comunque un'interfaccia di programmazione generica e non fanno
 457 riferimento ad una implementazione specifica (ad esempio esiste
 458 un'implementazione di POSIX.1 anche sotto Windows NT).  Lo standard principale
 459 resta comunque POSIX.1, che continua ad evolversi; la versione più nota, cui
 460 gran parte delle implementazioni fanno riferimento, e che costituisce una base
 461 per molti altri tentativi di standardizzazione, è stata rilasciata anche come
 462 standard internazionale con la sigla ISO/IEC 9945-1:1996.
 463
 464 Linux e le \acr{glibc} implementano tutte le funzioni definite nello standard
 465 POSIX.1, queste ultime forniscono in più alcune ulteriori capacità (per
 466 funzioni di \textit{pattern matching} e per la manipolazione delle
 467 \textit{regular expression}), che vengono usate dalla shell e dai comandi di
 468 sistema e che sono definite nello standard POSIX.2.
 469
 470 Nelle versioni più recenti del kernel e delle librerie sono inoltre supportate
 471 ulteriori funzionalità aggiunte dallo standard POSIX.1c per quanto riguarda i
 472 \textit{thread} (vedi \capref{cha:threads}), e dallo standard POSIX.1b per
 473 quanto riguarda i segnali e lo scheduling real-time
 474 (\secref{sec:sig_real_time} e \secref{sec:proc_real_time}), la misura del
 475 tempo, i meccanismi di intercomunicazione (\secref{sec:ipc_posix}) e l'I/O
 476 asincrono (\secref{sec:file_asyncronous_io}).
 477
 478
 479
 480 \subsection{Lo standard X/Open -- XPG3}
 481 \label{sec:intro_xopen}
 482
 483 Il consorzio X/Open nacque nel 1984 come consorzio di venditori di sistemi
 484 Unix per giungere ad un'armonizzazione delle varie implementazioni.  Per far
 485 questo iniziò a pubblicare una serie di documentazioni e specifiche sotto il
 486 nome di \textit{X/Open Portability Guide} (a cui di norma si fa riferimento
 487 con l'abbreviazione XPGn).
 488
 489 Nel 1989 produsse una terza versione di questa guida particolarmente
 490 voluminosa (la \textit{X/Open Portability Guide, Issue 3}), contenente
 491 un'ulteriore standardizzazione dell'interfaccia di sistema di Unix, che venne
 492 presa come riferimento da vari produttori.
 493
 494 Questo standard, detto anche XPG3 dal nome della suddetta guida, è sempre
 495 basato sullo standard POSIX.1, ma prevede una serie di funzionalità aggiuntive
 496 fra cui le specifiche delle API (\textit{Application Programmable Interface})
 497 per l'interfaccia grafica (X11).
 498
 499 Nel 1992 lo standard venne rivisto con una nuova versione della guida, la
 500 Issue 4 (da cui la sigla XPG4) che aggiungeva l'interfaccia XTI (\textit{X
 501   Transport Interface}) mirante a soppiantare (senza molto successo)
 502 l'interfaccia dei socket derivata da BSD. Una seconda versione della guida fu
 503 rilasciata nel 1994, questa è nota con il nome di Spec 1170 (dal numero delle
 504 interfacce, header e comandi definiti).
 505
 506 Nel 1993 il marchio Unix passò di proprietà dalla Novell (che a sua volta lo
 507 aveva comprato dalla AT\&T) al consorzio X/Open che iniziò a pubblicare le sue
 508 specifiche sotto il nome di \textit{Single UNIX Specification}, l'ultima
 509 versione di Spec 1170 diventò così la prima versione delle \textit{Single UNIX
 510   Specification}, SUSv1, più comunemente nota come \textit{Unix 95}.
 511
 512
 513 \subsection{Gli standard Unix  -- Open Group}
 514 \label{sec:intro_opengroup}
 515
 516 Nel 1996 la fusione del consorzio X/Open con la Open Software Foundation (nata
 517 da un gruppo di aziende concorrenti rispetto ai fondatori di X/Open) portò
 518 alla costituzione dell'Open Group, un consorzio internazionale che raccoglie
 519 produttori, utenti industriali, entità accademiche e governative.
 520
 521 Attualmente il consorzio è detentore del marchio depositato Unix, e prosegue
 522 il lavoro di standardizzazione delle varie implementazioni, rilasciando
 523 periodicamente nuove specifiche e strumenti per la verifica della conformità
 524 alle stesse.
 525
 526 Nel 1997 fu annunciata la seconda versione delle \textit{Single UNIX
 527   Specification}, nota con la sigla SUSv2, in queste versione le interfacce
 528 specificate salgono a 1434 (e 3030 se si considerano le stazioni di lavoro
 529 grafiche, per le quali sono inserite pure le interfacce usate da CDE che
 530 richiede sia X11 che Motif). La conformità a questa versione permette l'uso
 531 del nome \textit{Unix 98}, usato spesso anche per riferirsi allo standard.
 532
 533
 534 \subsection{Lo ``standard'' BSD}
 535 \label{sec:intro_bsd}
 536
 537 Lo sviluppo di BSD iniziò quando la fine della collaborazione fra l'Università
 538 di Berkley e la AT\&T generò una delle prime e più importanti fratture del
 539 mondo Unix.  L'Università di Berkley proseguì nello sviluppo della base di
 540 codice di cui disponeva, e che presentava parecchie migliorie rispetto alle
 541 allora versioni disponibili, fino ad arrivare al rilascio di una versione
 542 completa di Unix, chiamata appunto BSD, del tutto indipendente dal codice
 543 della AT\&T.
 544
 545 Benché BSD non sia uno standard formalizzato, l'implementazione di Unix
 546 dell'Università di Berkley, ha provveduto nel tempo una serie di estensioni e
 547 API di grande rilievo, come il link simbolici, la funzione \code{select}, i
 548 socket.
 549
 550 Queste estensioni sono state via via aggiunte al sistema nelle varie versioni
 551 del sistema (BSD 4.2, BSD 4.3 e BSD 4.4) come pure in alcuni derivati
 552 commerciali come SunOS. Il kernel e le \acr{glibc} provvedono tutte queste
 553 estensioni che sono state in gran parte incorporate negli standard successivi.
 554
 555
 556 \subsection{Lo standard System V}
 557 \label{sec:intro_sysv}
 558
 559 Come noto Unix nasce nei laboratori della AT\&T, che ne registrò il nome come
 560 marchio depositato, sviluppandone una serie di versioni diverse; nel 1983 la
 561 versione supportata ufficialmente venne rilasciata al pubblico con il nome di
 562 Unix System V. Negli anni successivi l'AT\&T proseguì lo sviluppo rilasciando
 563 varie versioni con aggiunte e integrazioni; nel 1989 un accordo fra vari
 564 venditori (AT\&T, Sun, HP, e altro) portò ad una versione che provvedeva
 565 un'unificazione delle interfacce comprendente Xenix e BSD, la System V release
 566 4.
 567
 568 L'interfaccia di questa ultima release è descritta in un documento dal titolo
 569 \textit{System V Interface Description}, o SVID; spesso però si fa riferimento
 570 a questo standard con il nome della sua implementazione, usando la sigla SVr4.
 571
 572 Anche questo costituisce un sovrainsieme delle interfacce definite dallo
 573 standard POSIX.  Nel 1992 venne rilasciata una seconda versione del sistema:
 574 la SVr4.2. L'anno successivo la divisione della AT\&T (già a suo tempo
 575 rinominata in Unix System Laboratories) venne acquistata dalla Novell, che poi
 576 trasferì il marchio Unix al consorzio X/Open; l'ultima versione di System V fu
 577 la SVr4.2MP rilasciata nel Dicembre 93.
 578
 579 Linux e le \acr{glibc} implementano le principali funzionalità richieste da
 580 SVID che non sono già incluse negli standard POSIX ed ANSI C, per
 581 compatibilità con lo Unix System V e con altri Unix (come SunOS) che le
 582 includono. Tuttavia le funzionalità più oscure e meno utilizzate (che non sono
 583 presenti neanche in System V) sono state tralasciate.
 584
 585 Le funzionalità implementate sono principalmente il meccanismo di
 586 intercomunicazione fra i processi e la memoria condivisa (il cosiddetto System
 587 V IPC, che vedremo in \secref{sec:ipc_sysv}) le funzioni della famiglia
 588 \func{hsearch} e \func{drand48}, \func{fmtmsg} e svariate funzioni
 589 matematiche.
 590
 591
 592 \subsection{Il comportamento standard del \cmd{gcc} e delle \acr{glibc}}
 593 \label{sec:intro_gcc_glibc_std}
 594
 595 In Linux, grazie alle \acr{glibc}, gli standard appena descritti sono
 596 ottenibili sia attraverso l'uso di opzioni del compilatore (il \cmd{gcc}) che
 597 definendo opportune costanti prima dell'inclusione dei file degli header.
 598
 599 Se si vuole che i programmi seguano una stretta attinenza allo standard ANSI C
 600 si può usare l'opzione \cmd{-ansi} del compilatore, e non sarà riconosciuta
 601 nessuna funzione non riconosciuta dalle specifiche standard ISO per il C.
 602
 603 Per attivare le varie opzioni è possibile definire le macro di preprocessore,
 604 che controllano le funzionalità che le \acr{glibc} possono mettere a
 605 disposizione: questo può essere fatto attraverso l'opzione \cmd{-D} del
 606 compilatore, ma è buona norma inserire gli opportuni \code{\#define} nei
 607 propri header file.
 608
 609 Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti:
 610 \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
 611 \item[\macro{\_POSIX\_SOURCE}] definendo questa macro si rendono disponibili
 612   tutte le funzionalità dello standard POSIX.1 (la versione IEEE Standard
 613   1003.1) insieme a tutte le funzionalità dello standard ISO C. Se viene anche
 614   definita con un intero positivo la macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato
 615   di questa non viene preso in considerazione.
 616 \item[\macro{\_POSIX\_C\_SOURCE}] definendo questa macro ad un valore intero
 617   positivo si controlla quale livello delle funzionalità specificate da POSIX
 618   viene messa a disposizione; più alto è il valore maggiori sono le
 619   funzionalità. Se è uguale a '1' vengono attivate le funzionalità specificate
 620   nella edizione del 1990 (IEEE Standard 1003.1-1990), valori maggiori o
 621   uguali a '2' attivano le funzionalità POSIX.2 specificate nell'edizione del
 622   1992 (IEEE Standard 1003.2-1992). Un valore maggiore o uguale a `199309L'
 623   attiva le funzionalità POSIX.1b specificate nell'edizione del 1993 (IEEE
 624   Standard 1003.1b-1993).  Un valore maggiore o uguale a `199506L' attiva le
 625   funzionalità POSIX.1 specificate nell'edizione del 1996 (ISO/IEC 9945-1:
 626   1996). Valori superiori abiliteranno ulteriori estensioni.
 627 \item[\macro{\_BSD\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
 628   funzionalità derivate da BSD4.3, insieme a quelle previste dagli standard
 629   ISO C, POSIX.1 e POSIX.2. Alcune delle funzionalità previste da BSD sono
 630   però in conflitto con le corrispondenti definite nello standard POSIX.1, in
 631   questo caso le definizioni previste da BSD4.3 hanno la precedenza rispetto a
 632   POSIX.  A causa della natura dei conflitti con POSIX per ottenere una piena
 633   compatibilità con BSD4.3 è necessario anche usare una libreria di
 634   compatibilità, dato che alcune funzioni sono definite in modo diverso. In
 635   questo caso occorre pertanto anche usare l'opzione \cmd{-lbsd-compat} con il
 636   compilatore per indicargli di utilizzare le versioni nella libreria di
 637   compatibilità prima di quelle normali.
 638 \item[\macro{\_SVID\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
 639   funzionalità derivate da SVID. Esse comprendono anche quelle definite negli
 640   standard ISO C, POSIX.1, POSIX.2, and X/Open.
 641 \item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
 642   funzionalità descritte nella \textit{X/Open Portability Guide}. Anche queste
 643   sono un soprainsieme di quelle definite in POSIX.1 e POSIX.2 ed in effetti
 644   sia \macro{\_POSIX\_SOURCE} che \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} vengono
 645   automaticamente definite. Sono incluse anche ulteriori funzionalità
 646   disponibili in BSD e SVID. Se il valore della macro è posto a 500 questo
 647   include anche le nuove definizioni introdotte con la \textit{Single UNIX
 648     Specification, version 2}, cioè Unix98.
 649 \item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}] definendo questa macro si attivano le
 650   ulteriori funzionalità necessarie ad essere conformi al rilascio del marchio
 651   \textit{X/Open Unix}.
 652 \item[\macro{\_ISOC99\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
 653   funzionalità previste per la revisione delle librerie standard del C
 654   denominato ISO C99. Dato che lo standard non è ancora adottato in maniera
 655   ampia queste non sono abilitate automaticamente, ma le \acr{glibc} hanno già
 656   un'implementazione completa che può essere attivata definendo questa macro.
 657 \item[\macro{\_LARGEFILE\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
 658   funzionalità per il supporto dei file di grandi dimensioni (il \textit{Large
 659     File Support} o LFS) con indici e dimensioni a 64 bit.
 660 \item[\macro{\_GNU\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano tutte le
 661   funzionalità disponibili: ISO C89, ISO C99, POSIX.1, POSIX.2, BSD, SVID,
 662   X/Open, LFS più le estensioni specifiche GNU. Nel caso in cui BSD e POSIX
 663   confliggano viene data la precedenza a POSIX.
 664 \end{basedescript}
 665
 666 In particolare è da sottolineare che le \acr{glibc} supportano alcune
 667 estensioni specifiche GNU, che non sono comprese in nessuno degli
 668 standard citati. Per poterle utilizzare esse devono essere attivate
 669 esplicitamente definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di
 670 includere i vari header file.
 671
 672
 673 \subsection{Gli standard di GNU/Linux}
 674 \label{sec:intro_linux_std}
 675
 676 Da fare (o cassare, a seconda del tempo e della voglia).
 677
 678
 679
 680 %%% Local Variables:
 681 %%% mode: latex
 682 %%% TeX-master: "gapil"
 683 %%% End: