Ricominciato coi process group

[gapil.git] / session.tex

\chapter{Sessioni di lavoro e terminali}
\label{cha:session}

Esamineremo in questo capitolo i concetti base del sistema delle sessioni di
lavoro, vale a dire il metodo con cui il kernel gestisce l'accesso concorrente
al sistema da parte di più utenti, permettendo loro di eseguire più programmi
in contemporanea.  Nella seconda parte del capitolo tratteremo poi il
funzionamento dell'I/O su terminale, e delle varie peculiarità che esso viene
ad assumere a causa del suo stretto legame con le modalità di accesso al
sistema da parte degli utenti.


\section{Il \textit{job control}}
\label{sec:sess_job_control}

Viene comunemente chiamato \textit{job control} quell'insieme di funzionalità
il cui scopo è quello di permettere ad un utente di poter sfruttare le
capacità multitasking di un sistema Unix per eseguire in contemporanea più
processi, pur potendo accedere, di solito, ad un solo terminale,\footnote{con
  X e con i terminali vituali tutto questo non è più vero, dato che si può
  accedere a molti terminali in contemporanea, ma il sistema è nato prima
  dell'esistenza di tutto ciò.} avendo cioè un solo punto in cui si può avere
accesso all'input ed all'output degli stessi. 


\subsection{Una panoramica introduttiva}
\label{sec:sess_job_control_overview}

Il \textit{job control} è una caratteristica opzionale, introdotta in BSD
negli anni '80, e successivamente standardizzata da POSIX.1; la sua
disponibilità nel sistema è verificabile attraverso il controllo della macro
\macro{\_POSIX\_JOB\_CONTROL}. In generale il \textit{job control} richiede il
supporto sia da parte della shell (quasi tutte ormai lo fanno), che da parte
del kernel; in particolare il kernel deve assicurare sia la presenza di un
driver per i terminali abilitato al \textit{job control} che quella dei
relativi segnali illustrati in \secref{sec:sig_job_control}. 

In un sistema che supporta il \textit{job cotrol} una volta completato il
login (che esamineremo in dettaglio in \secref{sec:sess_login}), l'utente avrà
a disposizione una shell dalla quale eseguire i comandi e potrà iniziare
quella che viene chiamata una \textsl{sessione}, che riunisce (vedi
\secref{sec:sess_proc_group}) tutti i processi eseguiti all'interno dello
stesso login.

Siccome la shell è collegata ad un solo terminale (il \textsl{terminale di
  controllo}, vedi \secref{sec:sess_control_term}) solo un comando alla volta,
quello che viene detto in \textit{foreground}, potrà scrivere e leggere dal
terminale. La shell però può eseguire anche più comandi in contemporanea,
mandandoli in \textit{background} (si fa aggiungendo una \cmd{\&} alla fine
del comando), nel qual caso essi saranno eseguiti senza essere collegati al
terminale.

Si noti come si sia parlato di comandi e non di programmi o processi; fra le
funzionalità della shell infatti c'è anche quella di consentire di concatenare
più programmi in una sola riga di comando con le pipe, ed in tal caso verranno
eseguiti più programmi, inoltre, anche quando si invoca un singolo programma,
questo potrà sempre lanciare altri processi per eseguire dei compiti
specifici.

Per questo l'esecuzione di un comando può originare più di un processo; quindi
nella gestione del job control non si può far riferimento ai singoli processi,
per questo il kernel prevede la possibilità di raggruppare più processi in un
\textit{process group} (detto anche \textsl{raggruppamento}, vedi
\secref{sec:sess_proc_group}) e la shell farà sì che tutti i processi che
originano da una riga di comando appartengano allo stesso \textit{process
  group}, in modo che le varie funzioni di controllo, ed i segnali inviati dal
terminale, possano fare riferimento ad esso.

In generale allora all'interno di una sessione avremo un eventuale (possono
non esserci comandi in \textit{foreground}) \textit{process group} in
\textit{foreground}, che riunisce i processi che possono accedere al
terminale, e più \textit{process group} in \textit{background}, che non
possono accedervi. Il job control prevede che quando un processo appartenente
ad un raggruppamento in \textit{background} cerca di accedere al terminale
questo invii a tutti i processi del raggruppamento un segnale di
\macro{SIGTTIN} o di \macro{SIGTTOU}, a seconda che l'accesso sia
rispettivamente in lettura o scrittura, bloccando (secondo il comportamenento
di default esposto in \secref{sec:sig_job_control}) i processi.

Un comportamento analogo sia ha anche per i segnali generati dai comandi di
tastiera inviati dal terminale con \cmd{C-z}, \cmd{C-c}, \cmd{C-y} e
\verb|C-\|; questi generano rispettivamente i segnali \macro{SIGTSTP},
\macro{SIGINT}, \macro{SIGQUIT} e \macro{SIGTERM}, che vengono inviati a tutti
i processi del raggruppamento in \textit{foreground}. In particolare il primo
di essi, \macro{SIGTSTP}, interrompe l'esecuzione del comando, che può poi
essere mandato in \textit{background} con il comando \cmd{bg}. Il comando
\cmd{fg} consente invece di mettere in \textit{foreground} un comando
precedentemente lanciato in \textit{background}.

Di norma la shell si cura anche di notificare all'utente (di solito prima
della stampa a video del prompt) lo stato dei vari processi, essa infatti usa
le caratteristiche della funzione \func{waitpid} (si riveda quanto detto in
\secref{sec:proc_wait}) per verificare quali gruppi di processi sono bloccati
e quali sono terminati. 


\subsection{I \textit{process group} e le \textsl{sessioni}}
\label{sec:sess_proc_group}

Come accennato in \secref{sec:sess_job_control_overview} nel job control i
processi vengono raggruppati in \textit{process group} e \textit{sessioni};
per far questo vengono utilizzati due ulteriori identificatori (oltre quelli
visti in \secref{sec:proc_pid}) che il kernel associa a ciascun processo:
l'identificatore del \textit{process group} e l'identificatore della
\textsl{sessione}, che vengono indicati rispettivamente con le sigle
\acr{pgid} e \acr{sid}, e sono mantenuti in variabili di tipo \type{pid\_t}.

Un \textit{process group} è pertanto definito da tutti i processi che hanno lo
stesso \acr{pgid}; è possibile leggere il valore di questo identificatore con
le funzioni \func{getpgid} e \func{getpgrp},\footnote{\func{getpgrp} è
  definita nello standard POSIX.1, mentre \func{getpgid} è richiesta da SVr4.}
i cui prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{unistd.h}

  \funcdecl{pid\_t getpgid(pid\_t pid)} 
  Legge il \acr{pgid} del processo \param{pid}.

  \funcdecl{pid\_t getpgrp(void)}
  Legge il \acr{pgid} del processo corrente.
  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono il \acr{pgid} del processo,
    \func{getpgrp} ha sempre successo, mentre \func{getpgid} restitusce -1
    ponendo \var{errno} a \macro{ESRCH} se il processo selezionato non esiste.}
\end{functions}

La funzione \func{getpgid} permette di specificare il \acr{pid} del processo
di cui si vuole sapere il \acr{pgid}; un valore nullo per \param{pid}
restiruisce il \acr{pgid} del processo corrente; \func{getpgrp} è di norma
equivalente a \code{getpgid(0)}.

In maniera analoga l'identificatore della sessione può essere letto dalla
funzione \func{getsid}, che però nelle \acr{glibc}\footnote{la system call è
  stata introdotta in Linux a partire dalla versione 1.3.44, il supporto nelle
  librerie del C è iniziato dalla versione 5.2.19.} è accessibile solo
definendo \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}; il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{pid\_t getsid(pid\_t pid)}
  Legge l'identificatore di sessione del processo \param{pid}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce l'identificatore (un numero positivo) in
  caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà
  i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\macro{ESRCH}] Il processo selezionato non esiste.
    \item[\macro{EPERM}] Il processo selezionato non fa parte della stessa
    sessione del processo corrente.
    \end{errlist}
  }
\end{prototype}

Entrambi gli identificatori vengono inizializzati alla creazione di ciascun
processo con lo stesso valore che hanno nel processo padre, per cui un
processo appena creato appartiene sempre allo stesso raggruppamento e alla
stessa sessione del padre.

Ciascun gruppo di processi ha sempre un processo principale, il
\textit{process leader}, che è quello che è identificato dall'avere il suo
\acr{pgid} uguale al \acr{pid}, per

La differenza fra i due identificatori è che un processo
può cambiare \acr{pgid} soltanto ad un valore che corrisponda al
\textit{process group} di un altro processo della stessa sessione, oppure al
suo stesso \acr{pid} (creando così un nuovo \textit{process group}). Se invece
si modifica il \acr{sid} il processo viene automaticamente messo anche in un
nuovo \textit{process group}, corrispondente al suo \acr{pid}.





\subsection{Il terminale di controllo}
\label{sec:sess_ctrl_term}

Come accennato in \secref{sec:sess_job_control_overview} ad ogni sessione di
lavoro è associato un terminale di controllo.



\subsection{La procedura di login}
\label{sec:sess_login}

L'organizzazione del sistema del job control è strettamente connessa alle
modalità con cui un utente accede al sistema, collegandosi ad esso con un
terminale, che sia questo realmente tale, come un VT100 collegato ad una
seriale o virtuale, come quelli associati a schermo e tastiera o ad una
connessione di rete. Dato che i concetti base sono gli stessi, e dato che alla
fine le differenze sono\footnote{in generale nel caso di login via rete o di
  terminali lanciati dall'interfaccia grafica cambia anche il processo da cui
  ha origine l'esecuzione della shell.} nel device cui il kernel associa i
file standard di \secref{sec:file_std_descr}, tratteremo solo il caso in
questo è il classico terminale.

Abbiamo già brevemente illustrato in \secref{sec:intro_kern_and_sys} le
modalità con cui il sistema si avvia, e di come, a partire da \cmd{init},
vengano lanciati tutti gli altri processi. Adesso vedremo in maniera più
dettagliata le modalità con cui il sistema arriva a fornire ad un utente la
shell che gli permette di lanciare i suoi comandi su un terminale.

Nella maggior parte delle distribuzioni di GNU/Linux\footnote{fa eccezione la
  distribuzione \textit{Slackware}, come alcune distribuzioni su dischetto, ed
  altre distribuzioni dedicate a compiti limitati e specifici.}  viene usata
la procedura di avvio di System V; questa prevede che \cmd{init} legga dal
file di configurazione \file{/etc/inittab} quali programmi devono essere
lanciati, ed in quali modalità, a seconda del cosiddetto \textit{run level},
anch'esso definito nello stesso file.

Tralasciando la descrizione del sistema dei run level, (per il quale si
rimanda alla lettura delle pagine di manuale di \cmd{init} e di
\file{inittab}) quello che comunque viene sempre fatto è di eseguire almeno
una istanza di un programma che permetta l'accesso ad un terminale. Uno schema
di massima della procedura è riportato in \secref{fig:sess_term_login}.

\begin{figure}[htb]
  \centering
  \includegraphics[width=15cm]{img/tty_login}
  \caption{Schema della procedura di login su un terminale.}
  \label{fig:sess_term_login}
\end{figure}

Un terminale, che esso sia un terminale effettivo, attaccato ad una seriale o
ad un altro tipo di porta di comunicazione, o una delle console virtuali
associate allo schermo,  viene sempre visto attraverso attraverso un device
driver che ne presenta un'interfaccia comune su un apposito file di
dispositivo. Storicamente i primi terminali erano appunto terminali di
telescriventi (\textit{teletype}), da cui deriva sia il nome dell'interfaccia,
\textit{tty}, che quello dei relativi file di dispositivo, che sono sempre
della forma \texttt{/dev/tty*}.\footnote{questo vale anche per i terminali
  associati alle connessioni di rete con \cmd{telnet} o \cmd{ssh}.}

Per controllare i terminali si usa di solito il programma \cmd{getty} (od una
delle sue varianti), che permette di mettersi in ascolto sugli stessi. Alla
radice della catena che porta ad una shell per i comandi perciò c'è sempre
\cmd{init} che esegue prima una \func{fork} e poi una \func{exec} per lanciare
una istanza di questo programma su un terminale, il tutto ripetuto per
ciascuno dei terminali che si hanno a disposizione (o per un certo numero di
essi, nel caso delle console virtuali), secondo quanto indicato
dall'amministratore nel file di configurazione del programma,
\file{/etc/inittab}.

Quando viene lanciato da \cmd{init} il programma parte con i privilegi di
amministratore e con un ambiente vuoto; \cmd{getty} si cura di aprire il
terminale in lettura sullo standard input ed in scrittura sullo standard
output e sullo standard error, e di effettuare, qualora servano, ulteriori
settaggi,\footnote{ad esempio, come qualcuno si sarà accorto scrivendo un nome
  di login in maiuscolo, può effettuare la conversione automatica dell'input
  in minuscolo, ponendosi in una modalità speciale che non distingue fra i due
  tipi di caratteri (a beneficio di alcuni vecchi terminali che non
  supportavano le minuscole).} ed infine il programma stamperà un messaggio di
benvenuto per poi porsi in attesa dell'immissione del nome di un utente.

Una volta che si sia immesso il nome di login \cmd{getty} esegue direttamente
il programma \cmd{login} con una \func{exevle}, passando come argomento la
suddetta stringa ed un ambiente opportunamente costruito che contenga quanto
necessario (ad esempio di solito viene opportunamente inizializzata la
variabile di ambiente \texttt{TERM}) ad identificare il terminale su cui si
sta operando, a beneficio dei programmi che verranno lanciati in seguito.

A sua volta \cmd{login}, che mantiene i privilegi di amministratore, usa il
nome dell'utente per effettuare una ricerca nel database degli
utenti,\footnote{in genere viene chiamata \func{getpwnam}, che abbiamo visto
  in \secref{sec:sys_user_group}, per leggere la password e gli altri dati dal
  database degli utenti.} e richiede una password. Se l'utente non esiste o se
la password non corrisponde\footnote{il confronto non viene effettuato con un
  valore in chiaro; quanto immesso da terminale viene invece a sua volta
  criptato, ed è il risultato che viene confrontato con il valore che viene
  mantenuto nel database degli utenti.} la richiesta viene ripetuta un certo
numero di volte dopo di che \cmd{login} esce ed \cmd{init} provvede a
rilanciare un'altra istanza di \func{getty}.

Se invece la password corrisponde a questo punto \cmd{login} esegue
\func{chdir} per settare la \textit{home directory} dell'utente, cambia i
diritti di accesso al terminale (con \func{chown} e \func{chmod}) per
assegnarne la titolarità all'utente ed al suo gruppo principale, assegnandogli
al contempo i diritti di lettura e scrittura. Inoltre il programma provvede
a costruire gli opportuni valori per le variabili di ambiente, come
\texttt{HOME}, \texttt{SHELL}, ecc. Infine attraverso l'uso di \func{setuid},
\func{setpid} e \func{initgroups} verrà cambiata l'identità del proprietario
del processo, infatti, come spiegato in \secref{sec:proc_setuid}, avendo
invocato tali funzioni con i privilegi di amministratore, tutti gli userid ed
i groupid (reali, effettivi e salvati) saranno settati a quelli dell'utente.

A questo punto \cmd{login} provvederà (fatte salve eventuali altre azioni
iniziali, come la stampa di messaggi di benvenuto o il controllo della posta)
ad eseguire con un'altra \func{exec} la shell di login, che si troverà con un
ambiente già pronto e con file standard di \secref{sec:file_std_descr}
impostati sul terminale, pronta ad eseguire i comandi fino all'uscita. Dato
che il processo genitore resta sempre \cmd{init} quest'ultimo provvederà,
ricevendo un \macro{SIGCHLD} all'uscita della shell, a rilanciare \cmd{getty}
per ripetere da capo tutto il procedimento.




Lo stato del sistema può essere verificato con il comando \cmd{ps -je f}






\section{L'I/O su terminale}
\label{sec:sess_terminal_io}

Esamineremo in questa sezione le peculiarità dell'I/O su terminale, tenendo
conto delle 


%%% Local Variables: 
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
%%% End: