ipc.tex

   1 \chapter{La comunicazione fra processi}
   2 \label{cha:IPC}
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   5 Uno degli aspetti fondamentali della programmazione in un sistema unix-like è
   6 la comunicazione fra processi. In questo capitolo affronteremo solo i
   7 meccanismi più elementari che permettono di mettere in comunicazione processi
   8 diversi, come quelli tradizionali che coinvolgono \textit{pipe} e
   9 \textit{fifo} e i meccanismi di intercomunicazione di System V.
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  11 Tralasceremo invece tutte le problematiche relative alla comunicazione
  12 attraverso la rete (e le relative interfacce) che saranno affrontate in gran
  13 dettaglio in un secondo tempo.  Non affronteremo invece meccanismi più
  14 complessi ed evoluti come le RPC (\textit{Remote Procedure Calls}) e CORBA
  15 (\textit{Common Object Request Brocker Architecture}) che in genere sono
  16 implementati con un ulteriore livello sopra i meccanismi elementari.
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  20 \section{La comunicazione fra processi tradizionale}
  21 \label{sec:ipc_unix}
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  23 Il primo meccanismo di comunicazione fra processi usato dai sistemi unix-like,
  24 e quello che viene correntemente usato di più, è quello delle \textit{pipe},
  25 che sono una delle caratteristiche peculiari del sistema, in particolar modo
  26 dell'interfaccia a linea di comando. In questa sezione descriveremo le sue
  27 basi, le funzioni che ne gestiscono l'uso e le varie forme in cui si è
  28 evoluto.
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  31 \subsection{Le \textit{pipe} standard}
  32 \label{sec:ipc_pipes}
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  34 Le \textit{pipe} nascono sostanzialmente con Unix, e sono il primo, ed uno dei
  35 più usati, meccanismi di comunicazione fra processi. Si tratta in sostanza uno
  36 speciale tipo di file\footnote{più precisamente un file descriptor; le pipe
  37   sono create dal kernel e non risiedono su disco.} in cui un processo scrive
  38 ed un altro legge. Si viene così a costituire un canale di comunicazione fra i
  39 due processi, nella forma di un \textsl{tubo} (da cui il nome) in cui uno dei
  40 processi immette dati che poi arriveranno all'altro.
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  43 La funzione che permette di creare una pipe è appunto \func{pipe}; il suo
  44 prototipo è:
  45 \begin{prototype}{unistd.h}
  46 {int pipe(int filedes[2])}
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  48 Crea una coppia di file descriptor associati ad una pipe.
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  50   \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
  51     errore, nel qual caso \var{errno} potrà assumere i valori \macro{EMFILE},
  52     \macro{ENFILE} e \macro{EFAULT}.}
  53 \end{prototype}
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  55 La funzione restituisce una coppia di file descriptor nell'array
  56 \param{filedes}; il primo aperto in lettura ed il secondo in scrittura. Il
  57 concetto di funzionamento di una pipe è relativamente semplice, quello che si
  58 scrive nel file descriptor aperto in scrittura viene ripresentato tale e quale
  59 nel file descriptor aperto in lettura, da cui può essere riletto.
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  61 I file descriptor infatti non sono connessi a nessun file reale, ma ad un
  62 buffer nel kernel (la cui dimensione, vedi \secref{sec:sys_file_limits}, è
  63 specificata dalla costante \macro{PIPE\_BUF} illustrata in
  64 \figref{fig:ipc_pipe_singular}, in cui sono illustrati i due capi della pipe,
  65 associati a ciascun file descriptor, con le frecce che indicano la direzione
  66 del flusso dei dati attaverso la pipe.
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  68 \begin{figure}[htb]
  69   \centering
  70   \includegraphics[height=5cm]{img/pipe}
  71   \caption{Schema della struttura di una pipe.}
  72   \label{fig:ipc_pipe_singular}
  73 \end{figure}
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  75 Chiaramente creare una pipe all'interno di un processo non serve a niente; se
  76 però ricordiamo quanto esposto in \secref{sec:file_sharing} riguardo al
  77 comportamento dei file descriptor nei processi figli, è immediato capire come
  78 una pipe possa diventare un meccanismo di intercomunicazione. Un processo
  79 figlio infatti condivide gli stessi file descriptor del padre, compresi quelli
  80 associati ad una pipe (secondo la situazione illustrata in
  81 \figref{fig:ipc_pipe_fork}). In questo modo se uno dei processi scrive su un
  82 capo della pipe, l'altro può leggere.
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  84 \begin{figure}[htb]
  85   \centering
  86   \includegraphics[height=5cm]{img/pipefork}
  87   \caption{Schema dell'uso di una pipe come mezzo di comunicazione fra
  88   processo attraverso una \func{fork}.}
  89   \label{fig:ipc_pipe_fork}
  90 \end{figure}
  91
  92 Tutto ciò ci mostra come sia immediato realizzare un meccanismo di
  93 comunicazione fra processi attraverso una pipe, utilizzando le ordinarie
  94 proprietà dei file, ma ci mostra anche qual'è il principale\footnote{Stevens
  95   riporta in APUE come limite anche il fatto che la comunicazione è
  96   unidirezionale, in realtà questo è un limite facilemente risolvibile usando
  97   una coppia di pipe.} limite nell'uso delle pipe. È necessario infatti che i
  98 processi possano condividere i file descriptor della pipe, e per questo essi
  99 devono comunque derivare da uno stesso processo padre che ha aperto la pipe,
 100 o, più comunemente, essere nella relazione padre/figlio.
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 102 Per capire meglio il funzionamento di una pipe faremo un esempio di quello che
 103 è l'uso più comune, di una pipe, quello fatto dalla shell, che permette di
 104 inviare automaticamente l'output (usando lo standard output) di un programma
 105 sull'input di un'altro.
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 109 \subsection{Le \textit{pipe} con nome, o \textit{fifo}}
 110 \label{sec:ipc_named_pipe}
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 112 Per poter superare il problema delle \textit{pipe} originali, che consentono
 113 la comunicazione solo fra processi correlati, passando attraverso strutture
 114 interne del kernel, sono stati introdotti dei nuovi oggetti, le \textit{fifo},
 115 che invece possono risiedere sul filesystem, e che i processi possono usare
 116 per le comunicazioni senza dovere per forza essere in relazione diretta.
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 119 \section{La comunicazione fra processi di System V}
 120 \label{sec:ipc_sysv}
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 122 Per ovviare ai vari limiti dei meccanismo tradizionale di comunicazione fra
 123 processi visto in \secref{sec:ipc_unix}, nello sviluppo di System V vennero
 124 introdotti una serie di nuovi oggetti e relative interdacce che garantissero
 125 una maggiore flessibilità; in questa sezione esamineremo quello che viene
 126 ormai chiamato il \textit{System V Inter-Process Comunication System}, più
 127 comunemente noto come \textit{SystemV IPC}.
 128
 129
 130 \subsection{Code di messaggi}
 131 \label{sec:ipc_messque}
 132
 133 Il primo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello delle code di
 134 messaggi.
 135
 136 \subsection{Semafori}
 137 \label{sec:ipc_semaph}
 138
 139 Il secondo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello dei semafori.
 140
 141
 142 \subsection{Memoria condivisa}
 143 \label{sec:ipc_shar_mem}
 144
 145 Il terzo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello della memoria
 146 condivisa.
 147
 148 %%% Local Variables:
 149 %%% mode: latex
 150 %%% TeX-master: "gapil"
 151 %%% End: