Correzioni varie e aggiunte

[gapil.git] / signal.tex

\chapter{I segnali}
\label{cha:signals}

I segnali sono il primo e più semplice meccanismo di comunicazione nei
confronti dei processi. Non portano con sé nessuna informazione che non sia il
loro tipo; si tratta in sostanza di un'interruzione software portata ad un
processo.

In genere essi vengono usati dal kernel per riportare ai processi situazioni
eccezionali (come errori di accesso, eccezioni aritmetiche, etc.) ma possono
anche essere usati come forma elementare di comunicazione fra processi (ad
esempio vengono usati per il controllo di sessione), per notificare eventi
(come la terminazione di un processo figlio), ecc.

In questo capitolo esamineremo i vari aspetti della gestione dei segnali,
partendo da una introduzione relativa ai concetti base con cui essi vengono
realizzati, per poi affrontarne la classificazione a secondo di uso e modalità
di generazione fino ad esaminare in dettaglio funzioni e le metodologie di
gestione.


\section{Introduzione}
\label{sec:sig_intro}

In questa sezione esamineremo i concetti generali relativi ai segnali, vedremo
le loro caratteristiche di base, introdurremo le nozioni di fondo relative
all'architettura del funzionamento dei segnali e alle modalità con cui il
sistema gestisce l'interazione fra di essi ed i processi.


\subsection{I concetti base}
\label{sec:sig_base}

Come il nome stesso indica i segnali sono usati per notificare ad un processo
l'occorrenza di un qualche evento. Gli eventi che possono generare un segnale
sono vari; un breve elenco di possibili cause per l'emissione di un segnale è
il seguente:

\begin{itemize*}
\item un errore del programma, come una divisione per zero o un tentativo di
  accesso alla memoria fuori dai limiti validi.
\item la terminazione di un processo figlio.
\item la scadenza di un timer o di un allarme.
\item il tentativo di effettuare un'operazione di input/output che non può
  essere eseguita.
\item una richiesta dell'utente di terminare o fermare il programma. In genere
  si realizza attraverso un segnale mandato dalla shell in corrispondenza
  della pressione di tasti del terminale come \code{C-c} o
  \code{C-z}.\footnote{indichiamo con \code{C-x} la pressione simultanea al
    tasto \code{x} del tasto control (ctrl in molte tastiere).}
\item l'esecuzione di una \func{kill} o di una \func{raise} da parte del
  processo stesso o di un'altro (solo nel caso della \func{kill}).
\end{itemize*}

Ciascuno di questi eventi (compresi gli ultimi due che pure sono controllati
dall'utente o da un altro processo) comporta l'intervento diretto da parte del
kernel che causa la generazione un particolare tipo di segnale.

Quando un processo riceve un segnale, invece del normale corso del programma,
viene eseguita una azione di default o una apposita routine di gestione (il
cosiddetto \textit{signal handler} o \textsl{manipolatore}) che può essere
stata specificata dall'utente (nel qual caso si dice che si
\textsl{intercetta} il segnale).


\subsection{Le \textsl{semantiche} del funzionamento dei segnali}
\label{sec:sig_semantics}

Negli anni il comportamento del sistema in risposta ai segnali è stato
modificato in vari modi nelle differenti implementazioni di Unix.  Si possono
individuare due tipologie fondamentali di comportamento dei segnali (dette
\textsl{semantiche}) che vengono chiamate rispettivamente \textsl{semantica
  affidabile} (o \textit{reliable}) e \textsl{semantica inaffidabile} (o
\textit{unreliable}).

Nella \textsl{semantica inaffidabile} (quella implementata dalle prime
versioni di Unix) la routine di gestione del segnale specificata dall'utente
non resta attiva una volta che è stata eseguita; è perciò compito dell'utente
stesso ripetere l'installazione della stessa all'interno della routine di
gestione, in tutti i casi in cui si vuole che il manipolatore esterno resti
attivo.

In questo caso è possibile una situazione in cui i segnali possono essere
perduti. Si consideri il segmento di codice riportato in
\secref{fig:sig_old_handler}, nel programma principale viene installato un
manipolatore (\texttt{\small 5}), ed in quest'ultimo la prima operazione
(\texttt{\small 11}) è quella di reinstallare se stesso. Se nell'esecuzione
del manipolatore un secondo segnale arriva prima che esso abbia potuto
eseguire la reinstallazione, verrà eseguito il comportamento di default
assegnato al segnale stesso, il che può comportare, a seconda dei casi, che il
segnale viene perso (se il default era quello di ignorarlo) o la terminazione
immediata del processo; in entrambi i casi l'azione prevista non verrà
eseguita.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}{}
int sig_handler();            /* handler function */
int main()
{
    ...
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* establish handler */
    ...
}

int sig_handler() 
{
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* restablish handler */
    ...                           /* process signal */
}
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Esempio di codice di un manipolatore di segnale per la semantica
    inaffidabile.} 
  \label{fig:sig_old_handler}
\end{figure}

Questa è la ragione per cui l'implementazione dei segnali secondo questa
semantica viene chiamata \textsl{inaffidabile}; infatti la ricezione del
segnale e la reinstallazione del suo manipolatore non sono operazioni
atomiche, e sono sempre possibili delle race condition (sull'argomento vedi
quanto detto in \secref{sec:proc_multi_prog}).

Un'altro problema è che in questa semantica non esiste un modo per bloccare i
segnali quando non si vuole che arrivino; i processi possono ignorare il
segnale, ma non è possibile istruire il sistema a non fare nulla in occasione
di un segnale, pur mantenendo memoria del fatto che è avvenuto.

Nella semantica \textsl{affidabile} (quella utilizzata da Linux e da ogni Unix
moderno) il manipolatore una volta installato resta attivo e non si hanno
tutti i problemi precedenti. In questa semantica i segnali vengono
\textsl{generati} dal kernel per un processo all'occorrenza dell'evento che
causa il segnale. In genere questo viene fatto dal kernel settando l'apposito
campo della \var{task\_struct} del processo nella process table (si veda
\figref{fig:proc_task_struct}).

Si dice che il segnale viene \textsl{consegnato} al processo (dall'inglese
\textit{delivered}) quando viene eseguita l'azione per esso prevista, mentre
per tutto il tempo che passa fra la generazione del segnale e la sua consegna
esso è detto \textsl{pendente} (o \textit{pending}). In genere questa
procedura viene effettuata dallo scheduler quando, riprendendo l'esecuzione
del processo in questione, verifica la presenza del segnale nella
\var{task\_struct} e mette in esecuzione il manipolatore.

In questa semantica un processo ha la possibilità di bloccare la consegna dei
segnali, in questo caso, se l'azione per il suddetto segnale non è quella di
ignorarlo, il segnale resta \textsl{pendente} fintanto che il processo non lo
sblocca (nel qual caso viene consegnato) o setta l'azione di default per
ignorarlo.

Si tenga presente che il kernel stabilisce cosa fare con un segnale che è
stato bloccato al momento della consegna, non quando viene generato; questo
consente di cambiare l'azione per il segnale prima che esso venga consegnato,
e si può usare la funzione \func{sigpending} (vedi \secref{sec:sig_sigmask})
per determinare quali segnali sono bloccati e quali sono pendenti.


\subsection{Tipi di segnali}
\label{sec:sig_types}

In generale gli eventi che generano segnali si possono dividere in tre
categorie principali: errori, eventi esterni e richieste esplicite.

Un errore significa che un programma ha fatto qualcosa di sbagliato e non può
continuare ad essere eseguito. Non tutti gli errori causano dei segnali, in
genere la condizione di errore più comune comporta la restituzione di un
codice di errore da parte di una funzione di libreria, sono gli errori che
possono avvenire ovunque in un programma che causano l'emissione di un
segnale, come le divisioni per zero o l'uso di indirizzi di memoria non validi.

Un evento esterno ha in genere a che fare con l'I/O o con altri processi;
esempi di segnali di questo tipo sono quelli legati all'arrivo di dati di
input, scadenze di un timer, terminazione di processi figli.

Una richiesta esplicita significa l'uso di una chiamata di sistema (come
\func{kill} o \func{raise}) per la generazione di un segnale, cosa che
viene fatta usualmente dalla shell quando l'utente invoca la sequenza di tasti
di stop o di suspend, ma può essere pure inserita all'interno di un programma.

Si dice poi che i segnali possono essere \textsl{asincroni} o
\textsl{sincroni}. Un segnale \textsl{sincrono} è legato ad una azione
specifica di un programma ed è inviato (a meno che non sia bloccato) durante
tale azione; molti errori generano segnali \textsl{sincroni}, così come la
richiesta esplicita da parte del processo tramite le chiamate al sistema.
Alcuni errori come la divisione per zero non sono completamente sincroni e
possono arrivare dopo qualche istruzione.

I segnali \textsl{asincroni} sono generati da eventi fuori dal controllo del
processo che li riceve, e arrivano in tempi impredicibili nel corso
dell'esecuzione del programma. Eventi esterni come la terminazione di un
processo figlio generano segnali \textsl{asincroni}, così come le richieste di
generazione di un segnale effettuate da altri processi.

In generale un tipo di segnale o è sincrono o è asincrono, salvo il caso in
cui esso sia generato attraverso una richiesta esplicita tramite chiamata al
sistema, nel qual caso qualunque tipo di segnale (quello scelto nella
chiamata) può diventare sincrono o asincrono a seconda che sia generato
internamente o esternamente al processo.


\subsection{La notifica dei segnali}
\label{sec:sig_notification}

Come accennato quando un segnale viene generato, se la sua azione di default
non è quella di essere ignorato, il kernel prende nota del fatto nella
\var{task\_struct} del processo; si dice così che il segnale diventa
\textsl{pendente} (o \textit{pending}), e rimane tale fino al momento in cui
verrà notificato al processo (o verrà specificata come azione di default
quella di ignorarlo).

Normalmente l'invio al processo che deve ricevere il segnale è immediato ed
avviene non appena questo viene rimesso in esecuzione dallo scheduler che
esegue l'azione specificata. Questo a meno che il segnale in questione non sia
stato bloccato prima della notifica, nel qual caso l'invio non avviene ed il
segnale resta \textsl{pendente} indefinitamente. Quando lo si sblocca il
segnale \textsl{pendente} sarà subito notificato.

Si ricordi però che se l'azione specificata per un segnale è quella di essere
ignorato questo sarà scartato immediatamente al momento della sua generazione,
e questo anche se in quel momento il segnale è bloccato (perché ciò che viene
bloccata è la notifica). Per questo motivo un segnale, fintanto che viene
ignorato, non sarà mai notificato, anche se è stato bloccato ed in seguito si
è specificata una azione diversa (nel qual caso solo i segnali successivi alla
nuova specificazione saranno notificati).

Una volta che un segnale viene notificato (che questo avvenga subito o dopo
una attesa più o meno lunga) viene eseguita l'azione specificata per il
segnale. Per alcuni segnali (\macro{SIGKILL} e \macro{SIGSTOP}) questa azione
è fissa e non può essere cambiata, ma per tutti gli altri si può selezionare
una  delle tre possibilità seguenti:

\begin{itemize*}
\item ignorare il segnale.
\item catturare il segnale, ed utilizzare il manipolatore specificato.
\item accettare l'azione di default per quel segnale.
\end{itemize*}

Un programma può specificare queste scelte usando le due funzioni
\func{signal} e \func{sigaction} (vedi \secref{sec:sig_signal} e
\secref{sec:sig_sigaction}). Se si è installato un manipolatore sarà
quest'ultimo ad essere eseguito alla notifica del segnale.  Inoltre il sistema
farà si che mentre viene eseguito il manipolatore di un segnale, quest'ultimo
venga automaticamente bloccato (così si possono evitare race condition).

Nel caso non sia stata specificata un'azione, viene utilizzata l'azione
standard che (come vedremo in \secref{sec:sig_standard}) è propria di ciascun
segnale; nella maggior parte dei casi essa porta alla terminazione del
processo, ma alcuni segnali che rappresentano eventi innocui vengono ignorati.

Quando un segnale termina un processo, il padre può determinare la causa della
terminazione esaminando il codice di stato riportato delle funzioni
\func{wait} e \func{waitpid} (vedi \secref{sec:proc_wait}); questo è il modo
in cui la shell determina i motivi della terminazione di un programma e scrive
un eventuale messaggio di errore.

I segnali che rappresentano errori del programma (divisione per zero o
violazioni di accesso) hanno anche la caratteristica di scrivere un file di
\textit{core dump} che registra lo stato del processo (ed in particolare della
memoria e dello stack) prima della terminazione.  Questo può essere esaminato
in seguito con un debugger per investigare sulla causa dell'errore.  Lo stesso
avviene se i suddetti segnale vengono generati con una \func{kill}.


\section{La classificazione dei segnali}
\label{sec:sig_classification}

Esamineremo in questa sezione quali sono i vari segnali definiti nel sistema,
le loro caratteristiche e tipologia, le varie macro e costanti che permettono
di identificarli, e le funzioni che ne stampano la descrizione.


\subsection{I segnali standard}
\label{sec:sig_standard}

Ciascun segnale è identificato rispetto al sistema da un numero, ma l'uso
diretto di questo numero da parte dei programmi è da evitare, in quanto esso
può variare a seconda dell'implementazione del sistema, e nel caso si Linux,
anche a seconda dell'architettura hardware. 
Per questo motivo ad ogni segnale viene associato un nome, definendo con una
macro di preprocessore una costante uguale al suddetto numero. Sono questi
nomi, che sono standardizzati e sostanzialmente uniformi rispetto alle varie
implementazioni, che si devono usare nei programmi. Tutti i nomi e le funzioni
che concernono i segnali sono definiti nell'header di sistema \file{signal.h}.

Il numero totale di segnali presenti è dato dalla macro \macro{NSIG}, e dato
che i numeri dei segnali sono allocati progressivamente, essa corrisponde
anche al successivo del valore numerico assegnato all'ultimo segnale definito.
In \tabref{tab:sig_signal_list} si è riportato l'elenco completo dei segnali
definiti in Linux (estratto dalle man page), comparati con quelli definiti in
vari standard.

\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|c|p{8cm}|}
    \hline
    \textbf{Sigla} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    A & L'azione di default è terminare il processo. \\
    B & L'azione di default è ignorare il segnale. \\
    C & L'azione di default è terminare il processo e scrivere un \textit{core
        dump}. \\
    D & L'azione di default è fermare il processo. \\
    E & Il segnale non può essere intercettato. \\
    F & Il segnale non può essere ignorato.\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Legenda delle azioni di default dei segnali riportate in 
    \tabref{tab:sig_signal_list}.}
  \label{tab:sig_action_leg}
\end{table}

In \tabref{tab:sig_signal_list} si sono anche riportate le azioni di default
di ciascun segnale (riassunte con delle lettere, la cui legenda completa è in
\tabref{tab:sig_action_leg}), quando nessun manipolatore è installato un
segnale può essere ignorato o causare la terminazione del processo. Nella
colonna standard sono stati indicati anche gli standard in cui ciascun segnale
è definito, secondo lo schema di \tabref{tab:sig_standard_leg}.


\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|c|l|}
    \hline
    \textbf{Sigla} & \textbf{Standard} \\
    \hline
    \hline
    P & POSIX. \\
    B & BSD. \\
    L & Linux.\\
    S & SUSv2.\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Legenda dei valori della colonna \textbf{Standard} di 
    \tabref{tab:sig_signal_list}.}
  \label{tab:sig_standard_leg}
\end{table}

In alcuni casi alla terminazione del processo è associata la creazione di un
file (posto nella directory corrente del processo e chiamato \file{core}) su
cui viene salvata un'immagine della memoria del processo (il cosiddetto
\textit{core dump}), che può essere usata da un debugger per esaminare lo
stato dello stack e delle variabili al momento della ricezione del segnale.

\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|l|c|c|p{8cm}|}
    \hline
    \textbf{Segnale}&\textbf{Standard}&\textbf{Azione}&\textbf{Descrizione} \\
    \hline
    \hline
    \macro{SIGHUP}   &PL & A &Hangup o terminazione del processo di controllo\\
    \macro{SIGINT}   &PL & A & Interrupt da tastiera (\cmd{C-c})            \\
    \macro{SIGQUIT}  &PL & C & Quit da tastiera (\cmd{C-y})                 \\
    \macro{SIGILL}   &PL & C & Istruzione illegale                          \\
    \macro{SIGABRT}  &PL & C & Segnale di abort da \func{abort}             \\
    \macro{SIGFPE}   &PL & C & Errore aritmetico                            \\
    \macro{SIGKILL}  &PL &AEF& Segnale di terminazione forzata              \\
    \macro{SIGSEGV}  &PL & C & Errore di accesso in memoria                 \\
    \macro{SIGPIPE}  &PL & A & Pipe spezzata                                \\
    \macro{SIGALRM}  &PL & A & Segnale del timer da \func{alarm}             \\
    \macro{SIGTERM}  &PL & A & Segnale di terminazione \verb|C-\|            \\
    \macro{SIGUSR1}  &PL & A & Segnale utente numero 1                       \\
    \macro{SIGUSR2}  &PL & A & Segnale utente numero 2                       \\
    \macro{SIGCHLD}  &PL & B & Figlio terminato o fermato                    \\
    \macro{SIGCONT}  &PL &   & Continua se fermato                           \\
    \macro{SIGSTOP}  &PL &DEF& Ferma il processo                             \\
    \macro{SIGTSTP}  &PL & D & Pressione del tasto di stop sul terminale     \\
    \macro{SIGTTIN}  &PL & D & Input sul terminale per un processo 
                               in background                                 \\
    \macro{SIGTTOU}  &PL & D & Output sul terminale per un processo          
                               in background                                 \\
    \macro{SIGBUS}   &SL & C & Errore sul bus (bad memory access)            \\
    \macro{SIGPOLL}  &SL & A & Pollable event (Sys V).                      
                               Sinonimo di \macro{SIGIO}                     \\
    \macro{SIGPROF}  &SL & A & Timer del profiling scaduto                   \\
    \macro{SIGSYS}   &SL & C & Argomento sbagliato per una subroutine (SVID) \\
    \macro{SIGTRAP}  &SL & C & Trappole per un Trace/breakpoint              \\
    \macro{SIGURG}   &SLB& B & Ricezione di una urgent condition su un socket\\
    \macro{SIGVTALRM}&SLB& A & Virtual alarm clock                           \\
    \macro{SIGXCPU}  &SLB& C & Ecceduto il limite sul CPU time               \\
    \macro{SIGXFSZ}  &SLB& C & Ecceduto il limite sulla dimensione dei file  \\
    \macro{SIGIOT}   &L  & C & IOT trap. Sinonimo di \macro{SIGABRT}         \\
    \macro{SIGEMT}   &L  &   &                                               \\
    \macro{SIGSTKFLT}&L  & A & Errore sullo stack del coprocessore           \\
    \macro{SIGIO}    &LB & A & L'I/O è possibile (4.2 BSD)                   \\
    \macro{SIGCLD}   &L  &   & Sinonimo di \macro{SIGCHLD}                   \\
    \macro{SIGPWR}   &L  & A & Fallimento dell'alimentazione                 \\
    \macro{SIGINFO}  &L  &   & Sinonimo di \macro{SIGPWR}                    \\
    \macro{SIGLOST}  &L  & A & Perso un lock sul file (per NFS)              \\
    \macro{SIGWINCH} &LB & B & Finestra ridimensionata (4.3 BSD, Sun)        \\
    \macro{SIGUNUSED}&L  & A &Segnale inutilizzato (diventerà \macro{SIGSYS})\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Lista dei segnali in Linux.}
  \label{tab:sig_signal_list}
\end{table}

La descrizione dettagliata del significato dei vari segnali, raggruppati per
tipologia, verrà affrontate nei paragrafi successivi.


\subsection{Segnali di errore di programma}
\label{sec:sig_prog_error}

Questi segnali sono generati quando il sistema, o in certi casi direttamente
l'hardware (come per i page fault non validi) rileva un qualche errore
insanabile nel programma in esecuzione. In generale la generazione di questi
segnali significa che il programma ha dei gravi problemi (ad esempio ha
dereferenziato un puntatore non valido o ha eseguito una operazione aritmetica
proibita) e l'esecuzione non può essere proseguita.

In genere si intercettano questi segnali per permettere al programma di
terminare in maniera pulita, ad esempio per ripristinare i settaggi della
console o eliminare i file di lock prima dell'uscita.  In questo caso il
manipolatore deve concludersi ripristinando l'azione di default e rialzando il
segnale, in questo modo il programma si concluderà senza effetti spiacevoli,
ma riportando lo stesso stato di uscita che avrebbe avuto se il manipolatore
non ci fosse stato.

L'azione di default per tutti questi segnali è causare la terminazione del
processo che li ha causati. In genere oltre a questo il segnale provoca pure
la registrazione su disco di un file di \textit{core dump} che viene scritto
in un file \file{core} nella directory corrente del processo al momento
dell'errore, che il debugger può usare per ricostruire lo stato del programma
al momento della terminazione.

Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGFPE}] Riporta un errore aritmetico fatale. Benché il nome
  derivi da \textit{floating point exception} si applica a tutti gli errori
  aritmetici compresa la divisione per zero e l'overflow. 
  
  Se il manipolatore ritorna il comportamento del processo è indefinito, ed
  ignorare questo segnale può condurre ad un ciclo infinito.

%   Per questo segnale le cose sono complicate dal fatto che possono esserci
%   molte diverse eccezioni che \texttt{SIGFPE} non distingue, mentre lo
%   standard IEEE per le operazioni in virgola mobile definisce varie eccezioni
%   aritmetiche e richiede che esse siano notificate.  
  
\item[\macro{SIGILL}] Il nome deriva da \textit{illegal instruction},
  significa che il programma sta cercando di eseguire una istruzione
  privilegiata o inesistente, in generale del codice illegale. Poiché il
  compilatore del C genera del codice valido si ottiene questo segnale se il
  file eseguibile è corrotto o si stanno cercando di eseguire dei dati.
  Quest'ultimo caso può accadere quando si passa un puntatore sbagliato al
  posto di un puntatore a funzione, o si eccede la scrittura di un vettore di
  una variabile locale, andando a corrompere lo stack. Lo stesso segnale viene
  generato in caso di overflow dello stack o di problemi nell'esecuzione di un
  manipolatore. Se il manipolatore ritorna il comportamento del processo è
  indefinito.
\item[\macro{SIGSEGV}] Il nome deriva da \textit{segment violation}, e
  significa che il programma sta cercando di leggere o scrivere in una zona di
  memoria protetta al di fuori di quella che gli è stata riservata dal
  sistema. In genere è il meccanismo della protezione della memoria che si
  accorge dell'errore ed il kernel genera il segnale.  Se il manipolatore
  ritorna il comportamento del processo è indefinito.

  È tipico ottenere questo segnale dereferenziando un puntatore nullo o non
  inizializzato leggendo al di la della fine di un vettore. 
\item[\macro{SIGBUS}] Il nome deriva da \textit{bus error}. Come
  \macro{SIGSEGV} questo è un segnale che viene generato di solito quando si
  dereferenzia un puntatore non inizializzato, la differenza è che
  \macro{SIGSEGV} indica un accesso non permesso su un indirizzo esistente
  (tipo fuori dallo heap o dallo stack), mentre \macro{SIGBUS} indica
  l'accesso ad un indirizzo non valido, come nel caso di un puntatore non
  allineato.
\item[\macro{SIGABRT}] Il nome deriva da \textit{abort}. Il segnale indica che
  il programma stesso ha rilevato un errore che viene riportato chiamando la
  funzione \func{abort} che genera questo segnale.
\item[\macro{SIGTRAP}] È il segnale generato da un'istruzione di breakpoint o
  dall'attivazione del tracciamento per il processo. È usato dai programmi per
  il debugging e se un programma normale non dovrebbe ricevere questo segnale.
\item[\macro{SIGSYS}] Sta ad indicare che si è eseguita una istruzione che
  richiede l'esecuzione di una system call, ma si è fornito un codice
  sbagliato per quest'ultima.
\end{basedescript}


\subsection{I segnali di terminazione}
\label{sec:sig_termination}

Questo tipo di segnali sono usati per terminare un processo; hanno vari nomi a
causa del differente uso che se ne può fare, ed i programmi possono
trattarli in maniera differente. 

La ragione per cui può essere necessario trattare questi segnali è che il
programma può dover eseguire una serie di azioni di pulizia prima di
terminare, come salvare informazioni sullo stato in cui si trova, cancellare
file temporanei, o ripristinare delle condizioni alterate durante il
funzionamento (come il modo del terminale o i settaggi di una qualche
periferica).

L'azione di default di questi segnali è di terminare il processo, questi
segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGTERM}] Il nome sta per \textit{terminate}. È un segnale
  generico usato per causare la conclusione di un programma. Al contrario di
  \macro{SIGKILL} può essere intercettato, ignorato, bloccato. In genere lo si
  usa per chiedere in maniera ``educata'' ad un processo di concludersi.
\item[\macro{SIGINT}] Il nome sta per \textit{interrupt}. È il segnale di
  interruzione per il programma. È quello che viene generato di default dal
  comando \cmd{kill} o dall'invio sul terminale del carattere di controllo
  INTR (interrupt, generato dalla sequenza \macro{C-c}).
\item[\macro{SIGQUIT}] È analogo a \macro{SIGINT} con la differenze che è
  controllato da un'altro carattere di controllo, QUIT, corrispondente alla
  sequenza \verb|C-\|. A differenza del precedente l'azione di default,
  oltre alla terminazione del processo, comporta anche la creazione di un core
  dump. 

  In genere lo si può pensare come corrispondente ad una condizione di
  errore del programma rilevata dall'utente. Per questo motivo non è opportuno
  fare eseguire al manipolatore di questo segnale le operazioni di pulizia
  normalmente previste (tipo la cancellazione di file temporanei), dato che in
  certi casi esse possono eliminare informazioni utili nell'esame dei core
  dump. 
\item[\macro{SIGKILL}] Il nome è utilizzato per terminare in maniera immediata
  qualunque programma. Questo segnale non può essere né intercettato, né
  ignorato, né bloccato, per cui causa comunque la terminazione del processo.
  In genere esso viene generato solo per richiesta esplicita dell'utente dal
  comando (o tramite la funzione) \cmd{kill}. Dato che non lo si può
  intercettare è sempre meglio usarlo come ultima risorsa quando metodi meno
  brutali, come \macro{SIGTERM} o \macro{C-c} non funzionano. 

  Se un processo non risponde a nessun altro segnale \macro{SIGKILL} ne causa
  sempre la terminazione (in effetti il fallimento della terminazione di un
  processo da parte di \macro{SIGKILL} costituirebbe un malfunzionamento del
  kernel). Talvolta è il sistema stesso che può generare questo segnale quando
  per condizioni particolari il processo non può più essere eseguito neanche
  per eseguire un manipolatore.
\item[\macro{SIGHUP}] Il nome sta per \textit{hang-up}. Segnala che il
  terminale dell'utente si è disconnesso (ad esempio perché si è interrotta la
  rete). Viene usato anche per riportare la terminazione del processo di
  controllo di un terminale a tutti i processi della sessione, in modo che
  essi possano disconnettersi dal relativo terminale. 
  
  Viene inoltre usato in genere per segnalare ai demoni (che non hanno un
  terminale di controllo) la necessità di reinizializzarsi e rileggere il/i
  file di configurazione.
\end{basedescript}


\subsection{I segnali di allarme}
\label{sec:sig_alarm}

Questi segnali sono generati dalla scadenza di un timer. Il loro comportamento
di default è quello di causare la terminazione del programma, ma con questi
segnali la scelta di default è irrilevante, in quanto il loro uso presuppone
sempre la necessità di un manipolatore.  Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGALRM}] Il nome sta per \textit{alarm}. Segnale la scadenza di
  un timer misurato sul tempo reale o sull'orologio di sistema. È normalmente
  usato dalla funzione \func{alarm}.
\item[\macro{SIGVTALRM}] Il nome sta per \textit{virtual alarm}. È analogo al
  precedente ma segnala la scadenza di un timer sul tempo di CPU usato dal
  processo. 
\item[\macro{SIGPROF}] Il nome sta per \textit{profiling}. Indica la scadenza
  di un timer che misura sia il tempo di CPU speso direttamente dal processo
  che quello che il sistema ha speso per conto di quest'ultimo. In genere
  viene usato dagli strumenti che servono a fare la profilazione dell'utilizzo
  del tempo di CPU da parte del processo.
\end{basedescript}


\subsection{I segnali di I/O asincrono}
\label{sec:sig_asyncio}

Questi segnali operano in congiunzione con le funzioni di I/O asincrono. Per
questo occorre comunque usare \func{fcntl} per abilitare un file descriptor a
generare questi segnali. 

L'azione di default è di essere ignorati. Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGIO}] Questo segnale viene inviato quando un file descriptor è
  pronto per eseguire dell'input/output. In molti sistemi solo i socket e i
  terminali possono generare questo segnale, in Linux questo può essere usato
  anche per i file, posto che la \func{fcntl} abbia avuto successo.
\item[\macro{SIGURG}] Questo segnale è inviato quando arrivano dei dati
  urgenti o \textit{out of band} su di un socket; per maggiori dettagli al
  proposito si veda \secref{sec:xxx_urgent_data}.
\item[\macro{SIGPOLL}] Questo segnale è equivalente a \macro{SIGIO}, è
  definito solo per compatibilità con i sistemi System V.
\end{basedescript}


\subsection{I segnali per il controllo di sessione}
\label{sec:sig_job_control}

Questi sono i segnali usati dal controllo delle sessioni e dei processi, il
loro uso è specifico e viene trattato in maniera specifica nelle sezioni in
cui si trattano gli argomenti relativi.  Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGCHLD}] Questo è il segnale mandato al processo padre quando un
  figlio termina o viene fermato. L'azione di default è di ignorare il
  segnale, la sua gestione è trattata in \secref{sec:proc_wait}.
\item[\macro{SIGCLD}] Per Linux questo è solo un segnale identico al
  precedente, il nome è obsoleto e andrebbe evitato. 
\item[\macro{SIGCONT}] Il nome sta per \textit{continue}. Il segnale viene
  usato per fare ripartire un programma precedentemente fermato da
  \macro{SIGSTOP}. Questo segnale ha un comportamento speciale, e fa sempre
  ripartire il processo prima della sua consegna. Il comportamento di default
  è di fare solo questo; il segnale non può essere bloccato. Si può anche
  installare un manipolatore, ma il segnale provoca comunque il riavvio del
  processo.
  
  La maggior pare dei programmi non hanno necessità di intercettare il
  segnale, in quanto esso è completamente trasparente rispetto all'esecuzione
  che riparte senza che il programma noti niente. Si possono installare dei
  manipolatori per far si che un programma produca una qualche azione speciale
  se viene fermato e riavviato, come per esempio riscrivere un prompt, o
  inviare un avviso. 
\item[\macro{SIGSTOP}] Il segnale ferma un processo (lo porta in uno stato di
  sleep); il segnale non può essere né intercettato, né ignorato, né bloccato.
\item[\macro{SIGTSTP}] Il nome sta per \textit{interactive stop}. Il segnale
  ferma il processo interattivamente, ed è generato dal carattere SUSP
  (prodotto dalla combinazione \macro{C-z}), ed al contrario di
  \macro{SIGSTOP} può essere intercettato e ignorato. In genere un programma
  installa un manipolatore per questo segnale quando vuole lasciare il sistema
  o il terminale in uno stato definito prima di fermarsi; se per esempio un
  programma ha disabilitato l'eco sul terminale può installare un manipolatore
  per riabilitarlo prima di fermarsi.
\item[\macro{SIGTTIN}] Un processo non può leggere dal terminale se esegue una
  sessione di lavoro in background. Quando un processo in background tenta di
  leggere da un terminale viene inviato questo segnale a tutti i processi
  della sessione di lavoro. L'azione di default è di fermare il processo.
  L'argomento è trattato in \secref{sec:sess_xxx}.
\item[\macro{SIGTTOU}] Segnale analogo al precedente \macro{SIGTTIN}, ma
  generato quando si tenta di scrivere o modificare uno dei modi del
  terminale. L'azione di default è di fermare il processo, l'argomento è
  trattato in \secref{sec:sess_xxx}.
\end{basedescript}


\subsection{I segnali di operazioni errate}
\label{sec:sig_oper_error}

Questi segnali sono usati per riportare al programma errori generati da
operazioni da lui eseguite; non indicano errori del programma quanto errori
che impediscono il completamento dell'esecuzione dovute all'interazione con il
resto del sistema.

L'azione di default di questi segnali è di terminare il processo, questi
segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGPIPE}] Sta per \textit{Broken pipe}. Se si usano delle pipe o
  delle FIFO è necessario che, prima che un processo inizi a scrivere su di
  essa, un'altro abbia aperto la pipe in lettura (si veda
  \secref{sec:ipc_pipes}). Se il processo in lettura non è partito o è
  terminato inavvertitamente alla scrittura sulla pipe il kernel genera questo
  segnale. Se il segnale è bloccato, intercettato o ignorato la chiamata che
  lo ha causato fallisce restituendo l'errore \macro{EPIPE} 
\item[\macro{SIGLOST}] Sta per \textit{Resource lost}. Viene generato quando
  c'è un advisory lock su un file NFS, ed il server riparte dimenticando la
  situazione precedente.
\item[\macro{SIGXCPU}] Sta per \textit{CPU time limit exceeded}. Questo
  segnale è generato quando un processo eccede il limite impostato per il
  tempo di CPU disponibile, vedi \secref{sec:sys_xxx}. 
\item[\macro{SIGXFSZ}] Sta per \textit{File size limit exceeded}. Questo
  segnale è generato quando un processo tenta di estendere un file oltre le
  dimensioni specificate dal limite impostato per le dimensioni massime di un
  file, vedi \secref{sec:sys_xxx}. 
\end{basedescript}


\subsection{Ulteriori segnali}
\label{sec:sig_misc_sig}

Raccogliamo qui infine usa serie di segnali che hanno scopi differenti non
classificabili in maniera omogenea. Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\macro{SIGUSR1}] Vedi \macro{SIGUSR2}.
\item[\macro{SIGUSR2}] Insieme a \macro{SIGUSR1} è un segnale a disposizione
  dell'utente che li può usare per quello che vuole. Possono essere utili per
  implementare una comunicazione elementare fra processi diversi, o per
  eseguire a richiesta una operazione utilizzando un manipolatore. L'azione di
  default è terminare il processo.
\item[\macro{SIGWINCH}] Il nome sta per \textit{window (size) change} ed è
  generato da molti sistemi (GNU/Linux compreso) quando le dimensioni (in
  righe e colonne) di un terminale vengono cambiate. Viene usato da alcuni
  programmi testuali per riformattare l'uscita su schermo quando si cambia
  dimensione a quest'ultimo. L'azione di default è di essere ignorato.
\item[\macro{SIGINFO}] Il segnale indica una richiesta di informazioni. È
  usato con il controllo di sessione, causa la stampa di informazioni da parte
  del processo leader del gruppo associato al terminale di controllo, gli
  altri processi lo ignorano.
\end{basedescript}


\subsection{Le funzioni \func{strsignal} e \func{psignal}}
\label{sec:sig_strsignal}

Per la descrizione dei segnali il sistema mette a disposizione due funzioni,
\func{strsignal} e \func{psignal}, che stampano un messaggio di descrizione
dato il numero. In genere si usano quando si vuole notificare all'utente il
segnale avvenuto (nel caso di terminazione di un processo figlio o di un
manipolatore che gestisce più segnali); la prima funzione è una estensione
GNU, accessibile avendo definito \macro{\_GNU\_SOURCE}, ed è analoga alla
funzione \func{strerror} (si veda \secref{sec:sys_strerror}) per gli errori:
\begin{prototype}{string.h}{char *strsignal(int signum)} 
  Ritorna il puntatore ad una stringa che contiene la descrizione del segnale
  \var{signum}.
\end{prototype}
\noindent dato che la stringa è allocata staticamente non se ne deve
modificare il contenuto, che resta valido solo fino alla successiva chiamata
di \func{strsignal}. Nel caso si debba mantenere traccia del messaggio sarà
necessario copiarlo.

La seconda funzione deriva da BSD ed è analoga alla funzione \func{perror}
descritta in \secref{sec:sys_strerror}; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}{void psignal(int sig, const char *s)} 
  Stampa sullo standard error un messaggio costituito dalla stringa \param{s},
  seguita da due punti ed una descrizione del segnale indicato da \param{sig}.
\end{prototype}

Una modalità alternativa per utilizzare le descrizioni restituite da
\func{strsignal} e \func{psignal} è quello di fare usare la variabile
\var{sys\_siglist}, che è definita in \file{signal.h} e può essere acceduta
con la dichiarazione:
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
    extern const char *const sys_siglist[]
\end{lstlisting}
l'array \var{sys\_siglist} contiene i puntatori alle stringhe di descrizione,
indicizzate per numero di segnale, per cui una chiamata del tipo di \code{char
  *decr = strsignal(SIGINT)} può essere sostituita dall'equivalente \code{char
  *decr = sys\_siglist[SIGINT]}.



\section{La gestione dei segnali}
\label{sec:sig_management}

I segnali sono il primo e più classico esempio di eventi asincroni, cioè di
eventi che possono accadere in un qualunque momento durante l'esecuzione di un
programma. Per questa loro caratteristica la loro gestione non può essere
effettuata all'interno del normale flusso di esecuzione dello stesso, ma è
delegata appunto agli eventuali manipolatori che si sono installati.

In questa sezione vedremo come si effettua gestione dei segnali, a partire
dalla loro interazione con le system call, passando per le varie funzioni che
permettono di installare i manipolatori e controllare le reazioni di un
processo alla loro occorrenza.


\subsection{Il comportamento generale del sistema.}
  \label{sec:sig_gen_beha}

Abbiamo già trattato in \secref{sec:sig_intro} le modalità con cui il sistema
gestisce l'interazione fra segnali e processi, ci resta da esaminare però il
comportamento delle system call; in particolare due di esse, \func{fork} ed
\func{exec}, dovranno essere prese esplicitamente in considerazione, data la
loro stretta relazione con la creazione di nuovi processi.

Come accennato in \secref{sec:proc_fork} quando viene creato un nuovo processo
esso eredita dal padre sia le azioni che sono state settate per i singoli
segnali, che la maschera dei segnali bloccati (vedi \secref{sec:sig_sigmask}).
Invece tutti i segnali pendenti e gli allarmi vengono cancellati; essi infatti
devono essere recapitati solo al padre, al figlio dovranno arrivare solo i
segnali dovuti alle sue azioni.

Quando si mette in esecuzione un nuovo programma con \func{exec} (si ricordi
quanto detto in \secref{sec:proc_exec}) tutti i segnali per i quali è stato
installato un manipolatore vengono resettati a \macro{SIG\_DFL}. Non ha più
senso infatti fare riferimento a funzioni definite nel programma originario,
che non sono presenti nello spazio di indirizzi del nuovo programma.

Si noti che questo vale solo per le azioni per le quali è stato installato un
manipolatore; viene mantenuto invece ogni eventuale settaggio dell'azione a
\macro{SIG\_IGN}. Questo permette ad esempio alla shell di settare ad
\macro{SIG\_IGN} le risposte per \macro{SIGINT} e \macro{SIGQUIT} per i
programmi eseguiti in background, che altrimenti sarebbero interrotti da una
successiva pressione di \texttt{C-c} o \texttt{C-y}.

Per quanto riguarda tutte le altre system call esse vengono tradizionalmente
classificate, proprio in base al loro comportamento nei confronti dei segnali,
in \textsl{lente} (\textit{slow}) e \textsl{veloci} (\textit{fast}). La gran
parte appartiene a quest'ultima categoria che non è influenzata dall'arrivo di
un segnale. In tal caso un eventuale manipolatore viene sempre eseguito dopo
che la system call è stata completata. Esse sono dette \textsl{veloci} proprio
in quanto la loro esecuzione è sostanzialmente immediata e attendere per
eseguire un manipolatore non comporta nessun inconveniente.

Esistono però dei casi in cui questo non è possibile perché renderebbe
impossibile una risposta pronta al segnale. In generale questo avviene tutte
le volte che si ha a che fare con system call che possono bloccarsi
indefinitamente, (quelle che, per questo, vengono chiamate \textsl{lente}). Un
elenco dei casi in cui si presenta questa situazione è il seguente:
\begin{itemize}
\item lettura da file che possono bloccarsi in attesa di dati non ancora
  presenti (come per certi file di dispositivo, la rete o le pipe).
\item scrittura sugli stessi file, nel caso in cui dati non possano essere
  accettati immediatamente.
\item apertura di un file di dispositivo che richiede operazioni non immediate
  per una una risposta. 
\item operazioni eseguite con \func{ioctl} che non è detto possano essere
  eseguite immediatamente.
\item le funzioni di intercomunicazione che si bloccano in attesa di risposte
  da altri processi.
\item la funzione \func{pause} (usata appunto per attendere l'arrivo di un
  segnale).
\item la funzione \func{wait} (se nessun processo figlio è ancora terminato).
\end{itemize}

In questo caso si pone il problema di cosa fare una volta che il manipolatore
sia ritornato. La scelta originaria dei primi Unix era quella di far ritornare
anche la system call restituendo l'errore di \macro{EINTR}. Questa è a
tutt'oggi una scelta corrente, ma comporta che i programmi che usano dei
manipolatori controllino lo stato di uscita delle funzioni per ripeterne la
chiamata qualora l'errore fosse questo.

Dimenticarsi di richiamare una system call interrotta da un segnale è un
errore comune, tanto che le \acr{glibc} provvedono una macro
\code{TEMP\_FAILURE\_RETRY(expr)} che esegue l'operazione automaticamente,
ripetendo l'esecuzione dell'espressione \var{expr} fintanto che il risultato
non è diverso dall'uscita con un errore \macro{EINTR}.

La soluzione è comunque poco elegante e BSD ha scelto un approccio molto
diverso, che è quello di fare ripartire automaticamente la system call invece
di farla fallire. In questo caso ovviamente non c'è da preoccuparsi di
controllare il codice di errore; si perde però la possibilità di eseguire
azioni specifiche all'occorrenza di questa particolare condizione. 

Linux e le \acr{glibc} consentono di utilizzare entrambi gli approcci,
attraverso una opportuna opzione di \func{sigaction} (vedi
\secref{sec:sig_sigaction}). È da chiarire comunque che nel caso di
interruzione nel mezzo di un trasferimento parziale di dati, le system call
ritornano sempre indicando i byte trasferiti.


\subsection{La funzione \func{signal}}
\label{sec:sig_signal}

L'interfaccia più semplice per la gestione dei segnali è costituita dalla
funzione \func{signal} che è definita fin dallo standard ANSI C.  Quest'ultimo
però non considera sistemi multitasking, per cui la definizione è tanto vaga
da essere del tutto inutile in un sistema Unix; è questo il motivo per cui
ogni implementazione successiva ne ha modificato e ridefinito il
comportamento, pur mantenendone immutato il prototipo\footnote{in realtà in
  alcune vecchie implementazioni (SVr4 e 4.3+BSD in particolare) vengono usati
  alcuni parametri aggiuntivi per definire il comportamento della funzione,
  vedremo in \secref{sec:sig_sigaction} che questo è possibile usando la
  funzione \func{sigaction}.}  che è:
\begin{prototype}{signal.h}
  {sighandler\_t signal(int signum, sighandler\_t handler)} 
  
  Installa la funzione di gestione \param{handler} (il manipolatore) per il
  segnale \param{signum}.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il precedente manipolatore in caso di successo
    o \macro{SIG\_ERR} in caso di errore.}
\end{prototype}

In questa definizione si è usato un tipo di dato, \type{sighandler\_t}, che è
una estensione GNU, definita dalle \acr{glibc}, esso permette di riscrivere il
prototipo di \func{signal} nella forma appena vista, che risulta molto più
leggibile di quanto non sia la versione originaria che di norma è definita
come:
\begin{verbatim}
    void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))int)
\end{verbatim}
questa infatti, per la poca chiarezza della sintassi del C quando si vanno a
trattare puntatori a funzioni, è molto meno comprensibile.  Da un confronto
con il precedente prototipo si può dedurre la definizione di
\type{sighandler\_t} che è:
\begin{verbatim}
    typedef void (* sighandler_t)(int) 
\end{verbatim}
e cioè un puntatore ad una funzione \ctyp{void} (cioè senza valore di ritorno)
e che prende un argomento di tipo \ctyp{int}.\footnote{si devono usare le
  parentesi intorno al nome della funzione per via delle precedenze degli
  operatori del C, senza di esse si sarebbe definita una funzione che ritorna
  un puntatore a \ctyp{void} e non un puntatore ad una funzione \ctyp{void}.}
La funzione \func{signal} quindi restituisce e prende come secondo argomento
un puntatore a una funzione di questo tipo, che è appunto il manipolatore del
segnale.

Il numero di segnale passato in \param{signum} può essere indicato
direttamente con una delle costanti definite in \secref{sec:sig_standard}. Il
manipolatore \param{handler} invece, oltre all'indirizzo della funzione da
chiamare all'occorrenza del segnale, può assumere anche i due valori costanti
\macro{SIG\_IGN} con cui si dice ignorare il segnale e \macro{SIG\_DFL} per
installare l'azione di di default.\footnote{si ricordi però che i due segnali
  \macro{SIGKILL} e \macro{SIGSTOP} non possono essere ignorati né
  intercettati.}

La funzione restituisce l'indirizzo dell'azione precedente, che può essere
salvato per poterlo ripristinare (con un'altra chiamata a \func{signal}) in un
secondo tempo. Si ricordi che se si setta come azione \macro{SIG\_IGN} (o si
setta un \macro{SIG\_DFL} per un segnale il cui default è di essere ignorato),
tutti i segnali pendenti saranno scartati, e non verranno mai notificati.

L'uso di \func{signal} è soggetto a problemi di compatibilità, dato che essa
si comporta in maniera diversa per sistemi derivati da BSD o da System V. In
questi ultimi infatti la funzione è conforme al comportamento originale dei
primi Unix in cui il manipolatore viene disinstallato alla sua chiamata,
secondo la semantica inaffidabile; Linux seguiva questa convenzione fino alle
\acr{libc5}. Al contrario BSD segue la semantica affidabile, non resettando il
manipolatore e bloccando il segnale durante l'esecuzione dello stesso. Con
l'utilizzo delle \acr{glibc} dalla versione 2 anche Linux è passato a questo
comportamento; quello della versione originale della funzione, il cui uso è
deprecato per i motivi visti in \secref{sec:sig_semantics}, può essere
ottenuto chiamando \func{sysv\_signal}.  In generale, per evitare questi
problemi, tutti i nuovi programmi dovrebbero usare \func{sigaction}.

È da tenere presente che, seguendo lo standard POSIX, il comportamento di un
processo che ignora i segnali \macro{SIGFPE}, \macro{SIGILL}, o
\macro{SIGSEGV} (qualora non originino da una \func{kill} o una \func{raise})
è indefinito. Un manipolatore che ritorna da questi segnali può dare luogo ad
un ciclo infinito.


\subsection{Le funzioni \func{kill} e \func{raise}}
\label{sec:sig_kill_raise}

Come accennato in \secref{sec:sig_types}, un segnale può essere generato
direttamente da un processo. L'invio di un segnale generico può essere
effettuato attraverso delle funzioni \func{kill} e \func{raise}. La prima
serve per inviare un segnale al processo corrente, ed il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}{int raise(int sig)}
  Invia il segnale \param{sig} al processo corrente.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, il solo errore restituito è \macro{EINVAL} qualora si sia
    specificato un numero di segnale invalido.}
\end{prototype}

Il valore di \param{sig} specifica il segnale che si vuole inviare e può
essere specificato con una delle macro definite in
\secref{sec:sig_classification}.  In genere questa funzione viene usata per
riprodurre il comportamento di default di un segnale che sia stato
intercettato. In questo caso, una volta eseguite le operazioni volute, il
manipolatore potrà reinstallare l'azione di default, e attivarla con
\func{raise}.

Se invece si vuole inviare un segnale ad un altro processo occorre utilizzare
la funzione \func{kill}; il cui prototipo è:
\begin{functions}
  \headdecl{sys/types.h}
  \headdecl{signal.h}
  \funcdecl{int kill(pid\_t pid, int sig)} Invia il segnale \param{sig} al
  processo specificato con \param{pid}.
  
  \bodydesc{ La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
    errore nel qual caso \var{errno} può assumere i valori:
    \begin{errlist}
    \item[\macro{EINVAL}] Il segnale specificato non esiste.
    \item[\macro{ESRCH}] Il processo selezionato non esiste.
    \item[\macro{EPERM}] Non si hanno privilegi sufficienti ad inviare il
      segnale.
    \end{errlist}}
\end{functions}

Lo standard POSIX prevede che il valore 0 per \param{sig} sia usato per
specificare il segnale nullo.  Se le funzioni vengono chiamate con questo
valore non viene inviato nessun segnale, ma viene eseguito il controllo degli
errori, in tal caso si otterrà un errore \macro{EPERM} se non si hanno i
permessi necessari ed un errore \macro{ESRCH} se il processo specificato non
esiste. Si tenga conto però che il sistema ricicla i \acr{pid} (come accennato
in \secref{sec:proc_pid}) per cui l'esistenza di un processo non significa che
esso sia realmente quello a cui si intendeva mandare il segnale.

Il valore dell'argomento \param{pid} specifica il processo (o i processi) di
destinazione a cui il segnale deve essere inviato e può assumere i valori
riportati in \tabref{tab:sig_kill_values}.
\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|r|l|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    $>0$ & il segnale è mandato al processo con il \acr{pid} indicato.\\
    0    & il segnale è mandato ad ogni processo del \textit{process group}
    del chiamante.\\ 
    $-1$ & il segnale è mandato ad ogni processo (eccetto \cmd{init}).\\
    $<-1$ & il segnale è mandato ad ogni processo del process group 
    $|\code{pid}|$.\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori dell'argomento \param{pid} per la funzione
    \func{kill}.}
  \label{tab:sig_kill_values}
\end{table}

Si noti pertanto che la funzione \code{raise(sig)} può essere definita in
termini di \func{kill}, ed è sostanzialmente equivalente ad una
\code{kill(getpid(), sig)}. Siccome \func{raise}, che è definita nello
standard ISO C, non esiste in alcune vecchie versioni di Unix, in generale
l'uso di \func{kill} finisce per essere più portabile.

Solo l'amministratore può inviare un segnale ad un processo qualunque, in
tutti gli altri casi il \textit{real user id} o l'\textit{effective user id}
del processo chiamante devono corrispondere al \textit{real user id} o al
\textit{saved user id} della destinazione. Fa eccezione il caso in cui il
segnale inviato sia \macro{SIGCONT}, nel quale occorre che entrambi i processi
appartengano alla stessa sessione. Inoltre, dato il ruolo fondamentale che
riveste nel sistema (si ricordi quanto visto in \secref{sec:sig_termination}),
non è possibile inviare al processo 1 (cioè a \cmd{init}) segnali per i quali
esso non abbia un manipolatore installato.

Infine, seguendo le specifiche POSIX 1003.1-2001, l'uso della chiamata
\code{kill(-1, sig)} comporta che il segnale sia inviato (con la solita
eccezione di \cmd{init}) a tutti i processi per i quali i permessi lo
consentano. Lo standard permette comunque alle varie implementazione di
escludere alcuni processi specifici: nel caso in questione Linux non invia il
segnale al processo che ha effettuato la chiamata.


\subsection{Le funzioni \func{alarm} e \func{abort}}
\label{sec:sig_alarm_abort}

Un caso particolare di segnali generati a richiesta è quello che riguarda i
vari segnali di temporizzazione e \macro{SIGABRT}, per ciascuno di questi
segnali sono previste funzioni specifiche che ne effettuino l'invio. La più
comune delle funzioni usate per la temporizzazione è \func{alarm} il cui
prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{unsigned int alarm(unsigned int seconds)}
  Predispone l'invio di \macro{SIGALRM} dopo \param{seconds} secondi.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce il numero di secondi rimanenti ad un
    precedente allarme, o zero se non c'erano allarmi pendenti.}
\end{prototype}

La funzione fornisce un meccanismo che consente ad un processo di predisporre
un'interruzione nel futuro, (ad esempio per effettuare una qualche operazione
dopo un certo periodo di tempo), programmando l'emissione di un segnale (nel
caso in questione \macro{SIGALRM}) dopo il numero di secondi specificato da
\param{seconds}.

Se si specifica per \param{seconds} un valore nullo non verrà inviato nessun
segnale; siccome alla chiamata viene cancellato ogni precedente allarme,
questo può essere usato per cancellare una programmazione precedente. 

La funzione inoltre ritorna il numero di secondi rimanenti all'invio
dell'allarme precedentemente programmato, in modo che sia possibile
controllare se non si cancella un precedente allarme ed eventualmente
predisporre le opportune misure per gestire il caso di necessità di più
interruzioni.

In \secref{sec:sys_unix_time} abbiamo visto che ad ogni processo sono
associati tre tempi diversi: il \textit{clock time}, l'\textit{user time} ed
il \textit{system time}.  Per poterli calcolare il kernel mantiene per ciascun
processo tre diversi timer:
\begin{itemize}
\item un \textit{real-time timer} che calcola il tempo reale trascorso (che
  corrisponde al \textit{clock time}). La scadenza di questo timer provoca
  l'emissione di \macro{SIGALRM}.
\item un \textit{virtual timer} che calcola il tempo di processore usato dal
  processo in user space (che corrisponde all'\textit{user time}). La scadenza
  di questo timer provoca l'emissione di \macro{SIGVTALRM}.
\item un \textit{profiling timer} che calcola la somma dei tempi di processore
  utilizzati direttamente dal processo in user space, e dal kernel nelle
  system call ad esso relative (che corrisponde a quello che in
  \secref{sec:sys_unix_time} abbiamo chiamato \textit{CPU time}). La scadenza
  di questo timer provoca l'emissione di \macro{SIGPROF}.
\end{itemize}

Il timer usato da \func{alarm} è il \textit{clock time}, e corrisponde cioè al
tempo reale. La funzione come abbiamo visto è molto semplice, ma proprio per
questo presenta numerosi limiti: non consente di usare gli altri timer, non
può specificare intervalli di tempo con precisione maggiore del secondo e
genera il segnale una sola volta.

Per ovviare a questi limiti Linux deriva da BSD la funzione \func{setitimer}
che permette di usare un timer qualunque e l'invio di segnali periodici, al
costo però di una maggiore complessità d'uso e di una minore portabilità. Il
suo prototipo è:
\begin{prototype}{sys/time.h}{int setitimer(int which, const struct
    itimerval *value, struct itimerval *ovalue)} 
  
  Predispone l'invio di un segnale di allarme alla scadenza dell'intervallo
  \param{value} sul timer specificato da \func{which}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
    errore, nel qual caso \var{errno} può assumere i valori \macro{EINVAL} e
    \macro{EFAULT}.}
\end{prototype}

Il valore di \param{which} permette di specificare quale dei tre timer
illustrati in precedenza usare; i possibili valori sono riportati in
\tabref{tab:sig_setitimer_values}.
\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|l|l|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Timer} \\
    \hline
    \hline
    \macro{ITIMER\_REAL}    & \textit{real-time timer}\\
    \macro{ITIMER\_VIRTUAL} & \textit{virtual timer}\\
    \macro{ITIMER\_PROF}    & \textit{profiling timer}\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori dell'argomento \param{which} per la funzione
    \func{setitimer}.}
  \label{tab:sig_setitimer_values}
\end{table}

Il valore della struttura specificata \param{value} viene usato per settare il
timer, se il puntatore \param{ovalue} non è nullo il precedente valore viene
salvato qui. I valori dei timer devono essere indicati attraverso una
struttura \var{itimerval}, definita in \figref{fig:file_stat_struct}.

La struttura è composta da due membri, il primo, \var{it\_interval} definisce
il periodo del timer; il secondo, \var{it\_value} il tempo mancante alla
scadenza. Entrambi esprimono i tempi tramite una struttura \var{timeval} che
permette una precisione fino al microsecondo.

Ciascun timer decrementa il valore di \var{it\_value} fino a zero, poi invia
il segnale e resetta \var{it\_value} al valore di \var{it\_interval}, in
questo modo il ciclo verrà ripetuto; se invece il valore di \var{it\_interval}
è nullo il timer si ferma.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct itimerval 
{
    struct timeval it_interval; /* next value */
    struct timeval it_value;    /* current value */
};

struct timeval 
{
    long tv_sec;                /* seconds */
    long tv_usec;               /* microseconds */
};
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \var{itimerval}, che definisce i valori dei timer di
    sistema.} 
  \label{fig:sig_itimerval}
\end{figure}

L'uso di \func{setitimer} consente dunque un controllo completo di tutte le
caratteristiche dei timer, ed in effetti la stessa \func{alarm}, benché
definita direttamente nello standard POSIX.1, può a sua volta essere espressa
in termini di \func{setitimer}, come evidenziato dal manuale delle \acr{glibc}
\cite{glibc} che ne riporta la definizione mostrata in
\figref{fig:sig_alarm_def}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
{
    struct itimerval old, new;
    new.it_interval.tv_usec = 0;
    new.it_interval.tv_sec = 0;
    new.it_value.tv_usec = 0;
    new.it_value.tv_sec = (long int) seconds;
    if (setitimer(ITIMER_REAL, &new, &old) < 0) {
        return 0;
    }
    else {
        return old.it_value.tv_sec;
    }
}
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Definizione di \func{alarm} in termini di \func{setitimer}.} 
  \label{fig:sig_alarm_def}
\end{figure}

Si deve comunque tenere presente che la precisione di queste funzioni è
limitata da quella della frequenza del timer di sistema (che nel caso dei PC
significa circa 10~ms). Il sistema assicura comunque che il segnale non sarà
mai generato prima della scadenza programmata (l'arrotondamento cioè è sempre
effettuato per eccesso).  

Una seconda causa di potenziali ritardi è che il segnale viene generato alla
scadenza del timer, ma poi deve essere consegnato al processo; se quest'ultimo
è attivo (questo è sempre vero per \macro{ITIMER\_VIRT}) la consegna è
immediata, altrimenti può esserci un ulteriore ritardo che può variare a
seconda del carico del sistema.

Questo ha una conseguenza che può indurre ad errori molto subdoli, si tenga
conto poi che in caso di sistema molto carico, si può avere il caso patologico
in cui un timer scade prima che il segnale di una precedente scadenza sia
stato consegnato; in questo caso, per il comportamento dei segnali descritto
in \secref{sec:sig_sigchld}, un solo segnale sarà consegnato.


Dato che sia \func{alarm} che \func{setitimer} non consentono di leggere il
valore corrente di un timer senza modificarlo, è possibile usare la funzione
\func{getitimer}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{sys/time.h}{int getitimer(int which, struct
    itimerval *value)}
  
  Legge in \param{value} il valore del timer specificato da \func{which}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
    errore e restituisce gli stessi errori di \func{getitimer}}
\end{prototype}
\noindent i cui parametri hanno lo stesso significato e formato di quelli di
\func{setitimer}. 


L'ultima funzione che permette l'invio diretto di un segnale è \func{abort};
che, come accennato in \ref{sec:proc_termination}, permette di abortire
l'esecuzione di un programma tramite l'invio di \macro{SIGABRT}. Il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{stdlib.h}{void abort(void)}
  
  Abortisce il processo corrente.
  
  \bodydesc{La funzione non ritorna, il processo è terminato inviando il
  segnale di \macro{SIGABRT}.}
\end{prototype}

La differenza fra questa funzione e l'uso di \func{raise} è che anche se il
segnale è bloccato o ignorato, la funzione ha effetto lo stesso. Il segnale
può però essere intercettato per effettuare eventuali operazioni di chiusura
prima della terminazione del processo.

Lo standard ANSI C richiede inoltre che anche se il manipolatore ritorna, la
funzione non ritorni comunque. Lo standard POSIX.1 va oltre e richiede che se
il processo non viene terminato direttamente dal manipolatore sia la stessa
\func{abort} a farlo al ritorno dello stesso. Inoltre, sempre seguendo lo
standard POSIX, prima della terminazione tutti i file aperti e gli stream
saranno chiusi ed i buffer scaricati su disco. Non verranno invece eseguite le
eventuali funzioni registrate con \func{at\_exit} e \func{on\_exit}.


\subsection{Le funzioni \func{pause} e \func{sleep}}
\label{sec:sig_pause_sleep}

Il metodo tradizionale per fare attendere\footnote{cioè di porre
  temporaneamente il processo in stato di \textit{sleep}, vedi
  \ref{sec:proc_sched}.}  ad un processo fino all'arrivo di un segnale è
quello di usare la funzione \func{pause}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int pause(void)}
  
  Pone il processo in stato di sleep fino al ritorno di un manipolatore.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna solo dopo che un segnale è stato ricevuto ed
    il relativo manipolatore è ritornato, nel qual caso restituisce -1 e setta
    \var{errno} a \macro{EINTR}.}
\end{prototype}

La funzione segnala sempre una condizione di errore (il successo sarebbe
quello di aspettare indefinitamente). In genere si usa questa funzione quando
si vuole mettere un processo in attesa di un qualche evento specifico che non
è sotto il suo diretto controllo (ad esempio la si può usare per far reagire
il processo ad un segnale inviato da un altro processo).

Se invece si vuole fare attendere un processo per un determinato intervallo di
tempo nello standard POSIX.1 viene definita la funzione \func{sleep}, il cui
prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{unsigned int sleep(unsigned int seconds)}
  
  Pone il processo in stato di sleep per \param{seconds} secondi.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero se l'attesa viene completata, o il
  numero di secondi restanti se viene interrotta da un segnale.}
\end{prototype}

La funzione attende per il tempo specificato, a meno di non essere interrotta
da un segnale. In questo caso non è una buona idea ripetere la chiamata per il
tempo rimanente, in quanto la riattivazione del processo può avvenire in un
qualunque momento, ma il valore restituito sarà sempre arrotondato al secondo,
con la conseguenza che, se la successione dei segnali è particolarmente
sfortunata e le differenze si accumulano, si potranno avere ritardi anche di
parecchi secondi. In genere la scelta più sicura è quella di stabilire un
termine per l'attesa, e ricalcolare tutte le volte il numero di secondi da
aspettare.

In alcune implementazioni inoltre l'uso di \func{sleep} può avere conflitti
con quello di \macro{SIGALRM}, dato che la funzione può essere realizzata con
l'uso di \func{pause} e \func{alarm} (in maniera analoga all'esempio che
vedremo in \secref{sec:sig_example}). In tal caso mescolare chiamata di
\func{alarm} e \func{sleep} o modificare l'azione di \macro{SIGALRM}, può
causare risultati indefiniti. Nel caso delle \acr{glibc} è stata usata una
implementazione completamente indipendente e questi problemi non ci sono.

La granularità di \func{sleep} permette di specificare attese in secondi, per
questo sia sotto BSD4.3 che in SUSv2 è stata definita la funzione
\func{usleep} (dove la \texttt{u} è intesa come sostituzione di $\mu$); i due
standard hanno delle definizioni diverse, ma le \acr{glibc}
seguono\footnote{secondo la man page almeno dalla versione 2.2.2.} seguono
quella di SUSv2 che prevede il seguente prototipo:
\begin{prototype}{unistd.h}{int usleep(unsigned long usec)}
  
  Pone il processo in stato di sleep per \param{usec} microsecondi.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero se l'attesa viene completata, o -1 in
    caso di errore, nel qual caso \var{errno} è settata a \macro{EINTR}.}

\end{prototype}

Anche questa funzione, a seconda delle implementazioni, può presentare
problemi nell'interazione con \func{alarm} e \macro{SIGALRM}. È pertanto
deprecata in favore della funzione \func{nanosleep}, definita dallo standard
POSIX1.b, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int nanosleep(const struct timespec *req, struct
    timespec *rem)}
  
  Pone il processo in stato di sleep per il tempo specificato da \param{req}.
  In caso di interruzione restituisce il tempo restante in \param{rem}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero se l'attesa viene completata, o -1 in
    caso di errore, nel qual caso \var{errno} è settata a 
    \begin{errlist}
    \item[\macro{EINVAL}] si è specificato un numero di secondi negativo o un
      numero di nanosecondi maggiore di 999.999.999.
    \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
    \end{errlist}}
\end{prototype}

Lo standard richiede che la funzione sia implementata in maniera del tutto
indipendente da \func{alarm}\footnote{nel caso di Linux questo è fatto
  utilizzando direttamente il timer del kernel.} e sia utilizzabile senza
interferenze con l'uso di \macro{SIGALRM}. La funzione prende come parametri
delle strutture di tipo \var{timespec}, la cui definizione è riportata in 
\figref{fig:sig_timespec_def}, che permettono di specificare un tempo con una
precisione (teorica) fino al nanosecondo. 

La funzione risolve anche il problema di proseguire l'attesa dopo
l'interruzione dovuta ad un segnale; infatti in tal caso in \param{rem} viene
restituito il tempo rimanente rispetto a quanto richiesto inizialmente, e
basta richiamare la funzione per completare l'attesa. 

Chiaramente, anche se il tempo può essere specificato con risoluzioni fino al
nanosecondo, la precisione di \func{nanosleep} è determinata dalla risoluzione
temporale del timer di sistema. Perciò la funzione attenderà comunque il tempo
specificato, ma prima che il processo possa tornare ad essere eseguito
occorrerà almeno attendere il successivo giro di scheduler e cioè un tempo che
a seconda dei casi può arrivare fino a 1/\macro{HZ}, (sempre che il sistema
sia scarico ed il processa venga immediatamente rimesso in esecuzione); per
questo motivo il valore restituito in \param{rem} è sempre arrotondato al
multiplo successivo di 1/\macro{HZ}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct timespec {
    time_t  tv_sec;         /* seconds */
    long    tv_nsec;        /* nanoseconds */
};
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \var{timespec} di \func{nanosleep}.} 
  \label{fig:sig_timespec_def}
\end{figure}

In realtà è possibile ottenere anche pause più precise del centesimo di
secondo usando politiche di scheduling real time come \macro{SCHED\_FIFO} o
\macro{SCHED\_RR}; in tal caso infatti il meccanismo di scheduling ordinario
viene evitato, e si raggiungono pause fino ai 2~ms con precisioni del $\mu$s.



\subsection{Un esempio elementare}
\label{sec:sig_sigchld}

Un semplice esempio per illustrare il funzionamento di un manipolatore di
segnale è quello della gestione di \macro{SIGCHLD}. Abbiamo visto in
\secref{sec:proc_termination} che una delle azioni eseguite dal kernel alla
conclusione di un processo è quella di inviare questo segnale al
padre.\footnote{in realtà in SVr4 eredita la semantica di System V, in cui il
  segnale si chiama \macro{SIGCLD} e viene trattato in maniera speciale; in
  System V infatti se si setta esplicitamente l'azione a \macro{SIG\_IGN} il
  segnale non viene generato ed il sistema non genera zombie (lo stato di
  terminazione viene scartato senza dover chiamare una \func{wait}). L'azione
  di default è sempre quella di ignorare il segnale, ma non attiva questo
  comportamento. Linux, come BSD e POSIX, non supporta questa semantica ed usa
  il nome di \macro{SIGCLD} come sinonimo di \macro{SIGCHLD}.} In generale
dunque, quando non interessa elaborare lo stato di uscita di un processo, si
può completare la gestione della terminazione installando un manipolatore per
\macro{SIGCHLD} il cui unico compito sia quello chiamare \func{waitpid} per
completare la procedura di terminazione in modo da evitare la formazione di
zombie.

In \figref{fig:sig_sigchld_handl} è mostrato il codice della nostra
implementazione del manipolatore; se aggiungiamo al codice di
\file{ForkTest.c} l'installazione di questo manipolatore potremo verificare che
ripetendo l'esempio visto in \secref{sec:proc_termination} che non si ha più
la creazione di zombie.

%  è pertanto
% naturale usare un esempio che ci permette di concludere la trattazione della
% terminazione dei processi.
% In questo caso si è tratterà di illustrare un esempio relativo ad un
% manipolatore per che è previsto ritornare,


\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}{}
#include <errno.h>       /* error simbol definitions */
#include <signal.h>      /* signal handling declarations */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include "macro.h"

void Hand_CHLD(int sig)
{
    int errno_save;
    int status;
    pid_t pid;
    /* save errno current value */
    errno_save = errno;
    /* loop until no */
    do {
        errno = 0;
        pid = waitpid(WAIT_ANY, &status, WNOHANG);
        if (pid > 0) {
            debug("child %d terminated with status %x\n", pid, status);
        }
    } while ((pid > 0) && (errno == EINTR));
    /* restore errno value */
    errno = errno_save;
    /* return */
    return;
}
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Un manipolatore per il segnale \texttt{SIGCHLD}.} 
  \label{fig:sig_sigchld_handl}
\end{figure}

Il codice del manipolatore è di lettura immediata; come buona norma di
programmazione (si ricordi quanto accennato \secref{sec:sys_errno}) si
comincia (\texttt{\small 12-13}) con il salvare lo stato corrente di
\var{errno}, in modo da poterlo ripristinare prima del ritorno del
manipolatore (\texttt{\small 22-23}). In questo modo si preserva il valore
della variabile visto dal corso di esecuzione principale del processo, che
sarebbe altrimenti sarebbe sovrascritto dal valore restituito nella successiva
chiamata di \func{wait}.

Il compito principale del manipolatore è quello di ricevere lo stato di
terminazione del processo, cosa che viene eseguita nel ciclo in
(\texttt{\small 15-21}).  Il ciclo è necessario a causa di una caratteristica
fondamentale della gestione dei segnali: abbiamo già accennato come fra la
generazione di un segnale e l'esecuzione del manipolatore possa passare un
certo lasso di tempo e niente ci assicura che il manipolatore venga eseguito
prima della generazione di ulteriori segnali dello stesso tipo. In questo caso
normalmente i segnali segnali successivi vengono ``fusi'' col primo ed al
processo ne viene recapitato soltanto uno.

Questo può essere un caso comune proprio con \macro{SIGCHLD}, qualora capiti
che molti processi figli terminino in rapida successione. Esso inoltre si
presenta tutte le volte che un segnale viene bloccato: per quanti siano i
segnali emessi durante il periodo di blocco, una volta che quest'ultimo sarà
rimosso sarà recapitato un solo segnale.

Allora nel caso della terminazione dei processi figli, se si chiamasse
\func{waitpid} una sola volta, essa leggerebbe lo stato di terminazione per un
solo processo, anche se i processi terminati sono più di uno, e gli altri
resterebbero in stato di zombie per un tempo indefinito.

Per questo occorre ripetere la chiamata di \func{waitpid} fino a che essa non
ritorni un valore nullo, segno che non resta nessun processo di cui si debba
ancora ricevere lo stato di terminazione (si veda \secref{sec:proc_wait} per
la sintassi della funzione). Si noti anche come la funzione venga invocata con
il parametro \macro{WNOHANG} che permette di evitare il suo blocco quando
tutti gli stati di terminazione sono stati ricevuti.



\section{Gestione avanzata}
\label{sec:sig_control}

Le funzioni esaminate finora fanno riferimento ad alle modalità più elementari
della gestione dei segnali; non si sono pertanto ancora prese in
considerazione le tematiche più complesse, collegate alle varie race condition
che i segnali possono generare e alla natura asincrona degli stessi.

Affronteremo queste problematiche in questa sezione, partendo da un esempio
che le evidenzi, per poi prendere in esame le varie funzioni che permettono di
risolvere i problemi più complessi connessi alla programmazione con i segnali,
fino a trattare le caratteristiche generali della gestione dei medesimi nella
casistica ordinaria.


\subsection{Alcune problematiche aperte}
\label{sec:sig_example}

Come accennato in \secref{sec:sig_pause_sleep} è possibile implementare
\func{sleep} a partire dall'uso di \func{pause} e \func{alarm}. A prima vista
questo può sembrare di implementazione immediata; ad esempio una semplice
versione di \func{sleep} potrebbe essere quella illustrata in
\figref{fig:sig_sleep_wrong}.

Dato che è nostra intenzione utilizzare \macro{SIGALRM} il primo passo della
nostra implementazione di sarà quello di installare il relativo manipolatore
salvando il precedente (\texttt{\small 4-7}).  Si effettuerà poi una chiamata
ad \func{alarm} per specificare il tempo d'attesa per l'invio del segnale a
cui segue la chiamata a \func{pause} per fermare il programma (\texttt{\small
  8-9}) fino alla sua ricezione.  Al ritorno di \func{pause}, causato dal
ritorno del manipolatore (\texttt{\small 15-23}), si ripristina il
manipolatore originario (\texttt{\small 10-11}) restituendo l'eventuale tempo
rimanente (\texttt{\small 12-13}) che potrà essere diverso da zero qualora
l'interruzione di \func{pause} venisse causata da un altro segnale.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}{}
unsigned int sleep(unsigned int seconds)
{
    signandler_t prev_handler;
    if ((prev_handler = signal(SIGALRM, alarm_hand)) == SIG_ERR) {
        printf("Cannot set handler for alarm\n");
        exit(1);
    }
    alarm(second);
    pause(); 
    /* restore previous signal handler */
    signal(SIGALRM, prev_handler);
    /* remove alarm, return remaining time */
    return alarm(0);
}
void alarm_hand(int sig) 
{
    /* check if the signal is the right one */
    if (sig != SIGALRM) { /* if not exit with error */
        printf("Something wrong, handler for SIGALRM\n");
        exit(1);
    } else {    /* do nothing, just interrupt pause */
        return;
    }
}      
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Una implementazione pericolosa di \func{sleep}.} 
  \label{fig:sig_sleep_wrong}
\end{figure}

Questo codice però, a parte il non gestire il caso in cui si è avuta una
precedente chiamata a \func{alarm} (che si è tralasciato per brevità),
presenta una pericolosa race condition.  Infatti se il processo viene
interrotto fra la chiamata di \func{alarm} e \func{pause} può capitare (ad
esempio se il sistema è molto carico) che il tempo di attesa scada prima
dell'esecuzione quest'ultima, cosicché essa sarebbe eseguita dopo l'arrivo di
\macro{SIGALRM}. In questo caso ci si troverebbe di fronte ad un deadlock, in
quanto \func{pause} non verrebbe mai più interrotta (se non in caso di un
altro segnale).

Questo problema può essere risolto (ed è la modalità con cui veniva fatto in
SVr2) usando la funzione \func{longjmp} (vedi \secref{sec:proc_longjmp}) per
uscire dal manipolatore; in questo modo, con una condizione sullo stato di
uscita di quest'ultima, si può evitare la chiamata a \func{pause}, usando un
codice del tipo di quello riportato in \figref{fig:sig_sleep_incomplete}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}{}
static jmp_buff alarm_return;
unsigned int sleep(unsigned int seconds)
{
    signandler_t prev_handler;
    if ((prev_handler = signal(SIGALRM, alarm_hand)) == SIG_ERR) {
        printf("Cannot set handler for alarm\n");
        exit(1);
    }
    if (setjmp(alarm_return) == 0) { /* if not returning from handler */
        alarm(second);      /* call alarm */
        pause();            /* then wait */
    }
    /* restore previous signal handler */
    signal(SIGALRM, prev_handler);
    /* remove alarm, return remaining time */
    return alarm(0);
}
void alarm_hand(int sig) 
{
    /* check if the signal is the right one */
    if (sig != SIGALRM) { /* if not exit with error */
        printf("Something wrong, handler for SIGALRM\n");
        exit(1);
    } else {    /* return in main after the call to pause */
        longjump(alarm_return, 1);
    }
}      
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Una implementazione ancora malfunzionante di \func{sleep}.} 
  \label{fig:sig_sleep_incomplete}
\end{figure}

In questo caso il manipolatore (\texttt{\small 18-26}) non ritorna come in
\figref{fig:sig_sleep_wrong}, ma usa \func{longjmp} (\texttt{\small 24}) per
rientrare nel corpo principale del programma; dato che in questo caso il
valore di uscita di \func{setjmp} è 1 grazie alla condizione in
(\texttt{\small 9-12}) si evita comunque che \func{pause} sia chiamata a
vuoto.

Ma anche questa implementazione comporta dei problemi; in questo caso infatti
non viene gestita correttamente l'interazione con gli altri segnali; se
infatti il segnale di allarme interrompe un altro manipolatore, in questo caso
l'esecuzione non riprenderà nel manipolatore in questione, ma nel ciclo
principale, interrompendone inopportunamente l'esecuzione.  Lo stesso tipo di
problemi si presenterebbero se si volesse usare \func{alarm} per stabilire un
timeout su una qualunque system call bloccante.

Un secondo esempio è quello in cui si usa il segnale per notificare una
qualche forma di evento; in genere quello che si fa in questo caso è settare
nel manipolatore un opportuno flag da controllare nel corpo principale del
programma (con un codice del tipo di quello riportato in
\secref{fig:sig_event_wrong}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}{}
sig_atomic_t flag;
int main()
{
    flag = 0;
    ...
    if (flag) {         /* test if signal occurred */
        flag = 0;       /* reset flag */ 
        do_response();  /* do things */
    } else {
        do_other();     /* do other things */
    }
    ...
}
void alarm_hand(int sig) 
{
    /* set the flag 
    flag = 1;
    return;
}      
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Un esempio non funzionante del codice per il controllo di un
    evento generato da un segnale.}
  \label{fig:sig_event_wrong}
\end{figure}

La logica è quella di far settare al manipolatore (\texttt{\small 14-19}) una
variabile globale preventivamente inizializzata nel programma principale, il
quale potrà determinare, osservandone il contenuto, l'occorrenza o meno del
segnale, e prendere le relative azioni conseguenti (\texttt{\small 6-11}).

Questo è il tipico esempio di caso, già citato in \secref{sec:proc_race_cond},
in cui si genera una race condition; se infatti il segnale arriva
immediatamente dopo l'esecuzione del controllo (\texttt{\small 6}) ma prima
della cancellazione del flag (\texttt{\small 7}), la sua occorrenza sarà
perduta.

Questi esempi ci mostrano che per una gestione effettiva dei segnali occorrono
funzioni più sofisticate della semplice interfaccia dei primi sistemi Unix,
che permettano di gestire tutti i possibili aspetti con cui un processo deve
reagire alla ricezione di un segnale.



\subsection{I \textit{signal set}}
\label{sec:sig_sigset}

Come evidenziato nel paragrafo precedente, le funzioni di gestione dei segnali
dei primi Unix, nate con la semantica inaffidabile, hanno dei limiti non
superabili; in particolare non è prevista nessuna funzione che permetta di
gestire gestire il blocco dei segnali o di verificare lo stato dei segnali
pendenti.

Per questo motivo lo standard POSIX.1, insieme alla nuova semantica dei
segnali ha introdotto una interfaccia di gestione completamente nuova, che
permette di ottenete un controllo molto più dettagliato. In particolare lo
standard ha introdotto un nuovo tipo di dato \type{sigset\_t}, che permette di
rappresentare un \textsl{insieme di segnali} (un \textit{signal set}, come
viene usualmente chiamato), che è il tipo di dato che viene usato per gestire
il blocco dei segnali.

In genere un \textsl{insieme di segnali} è rappresentato da un intero di
dimensione opportuna, di solito si pari al numero di bit dell'architettura
della macchina\footnote{nel caso dei PC questo comporta un massimo di 32
  segnali distinti, dato che in Linux questi sono sufficienti non c'è
  necessità di nessuna struttura più complicata.}, ciascun bit del quale è
associato ad uno specifico segnale; in questo modo è di solito possibile
implementare le operazioni direttamente con istruzioni elementari del
processore; lo standard POSIX.1 definisce cinque funzioni per la manipolazione
degli insiemi di segnali: \func{sigemptyset}, \func{sigfillset},
\func{sigaddset}, \func{sigdelset} e \func{sigismember}, i cui prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{signal.h} 
  
  \funcdecl{int sigemptyset(sigset\_t *set)} Inizializza un insieme di segnali
  vuoto (in cui non c'è nessun segnale).
 
  \funcdecl{int sigfillset(sigset\_t *set)} Inizializza un insieme di segnali
  pieno (in cui ci sono tutti i segnali).
  
  \funcdecl{int sigaddset(sigset\_t *set, int signum)} Aggiunge il segnale
  \param{signum} all'insieme di segnali \param{set}.

  \funcdecl{int sigdelset(sigset\_t *set, int signum)} Toglie il segnale
  \param{signum} dall'insieme di segnali \param{set}.
  
  \funcdecl{int sigismember(const sigset\_t *set, int signum)} Controlla se il
  segnale \param{signum} è nell'insieme di segnali \param{set}.
  
  \bodydesc{Le prime quattro funzioni ritornano 0 in caso di successo, mentre
    \func{sigismember} ritorna 1 se \param{signum} è in \param{set} e 0
    altrimenti. In caso di errore tutte ritornano -1, con \var{errno} settata a
    \macro{EINVAL} (il solo errore possibile è che \param{signum} non sia un
    segnale valido).}
\end{functions}

Dato che in generale non si può fare conto sulle caratteristiche di una
implementazione (non è detto che si disponga di un numero di bit sufficienti
per mettere tutti i segnali in un intero, o in \type{sigset\_t} possono essere
immagazzinate ulteriori informazioni) tutte le operazioni devono essere
comunque eseguite attraverso queste funzioni.

In genere si usa un insieme di segnali per specificare quali segnali si vuole
bloccare, o per riottenere dalle varie funzioni di gestione la maschera dei
segnali attivi (vedi \secref{sec:sig_sigmask}). Essi possono essere definiti
in due diverse maniere, aggiungendo i segnali voluti ad un insieme vuoto
ottenuto con \func{sigemptyset} o togliendo quelli che non servono da un
insieme completo ottenuto con \func{sigfillset}. Infine \func{sigismember}
permette di verificare la presenza di uno specifico segnale in un
insieme.


\subsection{La funzione \func{sigaction}}
\label{sec:sig_sigaction}

La funzione principale dell'interfaccia standard POSIX.1 per i segnali è
\func{sigaction}, essa ha sostanzialemente le stesse funzioni di
\func{signal}, permette cioè di specificare come un segnale può essere gestito
da un processo. Il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}{int sigaction(int signum, const struct sigaction
    *act, struct sigaction *oldact)} 
  
  Installa un nuovo manipolatore per il segnale \param{signum}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un numero di segnale invalido o si è
    cercato di installare il manipolatore per \macro{SIGKILL} o
    \macro{SIGSTOP}.
  \item[\macro{EFAULT}] Si sono specificati indirizzi non validi.
  \end{errlist}}
\end{prototype}

La funzione serve ad installare una nuova \textsl{azione} per il segnale
\param{signum}; si parla di \textsl{azione} e non di \textsl{manipolatore}
come nel caso di \func{signal}, in quanto la funzione consente di specificare
le varie caratteristiche della risposta al segnale, non solo la funzione del
manipolatore.  Per questo lo standard raccomanda di usare sempre questa
funzione al posto di \func{signal} (che in genere viene definita tramite
essa), in quanto offre un controllo completo su tutti gli aspetti della
gestione di un segnale, sia pure al prezzo di una maggiore complessità d'uso.

Se il puntatore \param{act} non è nullo, la funzione installa la nuova azione
da esso specificata, se \param{oldact} non è nullo il valore dell'azione
corrente viene restituito indietro.  Questo permette (specificando \param{act}
nullo e \param{oldact} non nullo) di superare uno dei limiti di \func{signal},
che non consente di ottenere l'azione corrente senza installarne una nuova.

Entrambi i puntatori fanno riferimento alla struttura \var{sigaction}, tramite
la quale si specificano tutte le caratteristiche dell'azione associata ad un
segnale.  Anch'essa è descritta dallo standard POSIX.1 ed in Linux è definita
secondo quanto riportato in \figref{fig:sig_sigaction}. Il campo
\var{sa\_restorer}, non previsto dallo standard, è obsoleto e non deve essere
più usato.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
struct sigaction 
{
    void (*sa_handler)(int);
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer)(void);
}
    \end{lstlisting}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \var{sigaction}.} 
  \label{fig:sig_sigaction}
\end{figure}

Come si può notare da quanto riportato in \figref{fig:sig_sigaction} in Linux
\func{sigaction} permette di specificare il manipolatore in due forme diverse,
indicate dai campi \var{sa\_handler} e \var{sa\_sigaction}; esse devono essere
usate in maniera alternativa (in certe implementazioni questi vengono
specificati come \ctyp{union}): la prima è quella classica usata anche con
\func{signal}, la seconda permette invece di usare un manipolatore in grado di
ricevere informazioni più dettagliate dal sistema (ad esempio il tipo di
errore in caso di \macro{SIGFPE}), attraverso dei parametri aggiuntivi; per i
dettagli si consulti la man page di \func{sigaction}).

Il campo \var{sa\_mask} serve ad indicare l'insieme dei segnali che devono
essere bloccati durante l'esecuzione del manipolatore, ad essi viene comunque
sempre aggiunto il segnale che ne ha causato la chiamata, a meno che non si
sia specificato con \var{sa\_flag} un comportamento diverso.

Il valore di \var{sa\_flag} permette di specificare vari aspetti del
comportamento di \func{sigaction}, e della reazione del processo ai vari
segnali; i valori possibili ed il relativo significato sono riportati in
\tabref{tab:sig_sa_flag}. 

\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \macro{SA\_NOCLDSTOP}& Se il segnale è \macro{SIGCHLD} allora non deve
                           essere notificato quando il processo figlio viene
                           fermato da uno dei segnali \macro{SIGSTOP},
                           \macro{SIGTSTP}, \macro{SIGTTIN} o 
                           \macro{SIGTTOU}.\\
    \macro{SA\_ONESHOT}  & Ristabilisce l'azione per il segnale al valore di
                           default una volta che il manipolatore è stato
                           lanciato, riproduce cioè il comportamento della
                           semantica inaffidabile.\\  
    \macro{SA\_RESETHAND}& Sinonimo di \macro{SA\_ONESHOT}. \\
    \macro{SA\_RESTART}  & Riavvia automaticamente le \textit{slow system
                           call} quando vengono interrotte dal suddetto
                           segnale; riproduce cioè il comportamento standard
                           di BSD.\\ 
    \macro{SA\_NOMASK}   & Evita che il segnale corrente sia bloccato durante
                           l'esecuzione del manipolatore.\\
    \macro{SA\_NODEFER}  & Sinonimo di \macro{SA\_NOMASK}.\\
    \macro{SA\_SIGINFO}  & Deve essere specificato quando si vuole usare un
                           manipolatore in forma estesa usando
                           \var{sa\_sigaction} al posto di \var{sa\_handler}.\\
    \macro{SA\_ONSTACK}  & Stabilisce l'uso di uno stack alternativo per
                           l'esecuzione del manipolatore (vedi
                           \secref{sec:sig_xxx}).\\ 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori del campo \var{sa\_flag} della struttura \var{sigaction}.}
  \label{tab:sig_sa_flag}
\end{table}

Benché sia possibile usare nello stesso programma sia \func{sigaction} che
\func{signal} occorre molta attenzione, in quanto le due funzioni possono
interagire in maniera anomala. Infatti l'azione specificata con
\var{sigaction} contiene un maggior numero di informazioni rispetto al
semplice indirizzo del manipolatore restituito da \func{signal}.  Per questo
motivo se si usa quest'ultima per installare un manipolatore sostituendone uno
precedentemente installato con \func{sigaction}, non sarà possibile effettuare
un ripristino corretto dello stesso.

Per questo è sempre opportuno usare \func{sigaction}, che è in grado di
ripristinare correttamente un manipolatore precedente, anche se questo è stato
installato con \func{signal}. In generale poi non è il caso di usare il valore
di ritorno di \func{signal} come campo \var{sa\_handler}, o viceversa, dato
che in certi sistemi questi possono essere diversi. In generale dunque, a meno
che non si sia vincolati allo standard ISO C, è sempre il caso di evitare
l'uso di \func{signal} a favore di \func{sigaction}.



\subsection{La gestione del blocco dei segnali}
\label{sec:sig_sigmask}

Come spiegato in \secref{sec:sig_semantics} tutti i moderni sistemi unix-like
permettono si bloccare temporaneamente (o di eliminare completamente, settando
\macro{SIG\_IGN} come azione) la consegna dei segnali ad un processo. Questo è
fatto specificando la \textsl{maschera dei segnali} (o \textit{signal mask})
del processo\footnote{nel caso di Linux essa è mantenuta dal campo
  \var{blocked} della \var{task\_struct} del processo.} cioè l'insieme dei
segnali la cui consegna è bloccata. Abbiamo accennato in
\secref{sec:proc_fork} che la \textit{signal mask} viene ereditata dal padre
alla creazione di un processo figlio, e abbiamo visto al paragrafo precedente
che essa può essere modificata, durante l'esecuzione di un manipolatore,
attraverso l'uso dal campo \var{sa\_mask} di \var{sigaction}.

Uno dei problemi evidenziatisi con l'esempio di \secref{fig:sig_event_wrong} è
che in molti casi è necessario proteggere delle sezioni di codice (nel caso in
questoine la sezione fra il controllo e la eventuale cancellazione del flag
che testimoniava l'avvenuta occorrenza del segnale) in modo da essere sicuri
che essi siano eseguiti senza interruzioni.

Le operazioni più semplici, come l'assegnazione o il controllo di una
variabile (per essere sicuri si può usare il tipo \type{sig\_atomic\_t}) di
norma sono atomiche, quando occorrono operazioni più complesse si può invece
usare la funzione \func{sigprocmask} che permette di bloccare uno o più
segnali; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
{int sigprocmask(int how, const sigset\_t *set, sigset\_t *oldset)} 
  
  Cambia la \textsl{maschera dei segnali} del processo corrente.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un numero di segnale invalido.
  \item[\macro{EFAULT}] Si sono specificati indirizzi non validi.
  \end{errlist}}
\end{prototype}

La funzione usa l'insieme di segnali dato all'indirizzo \param{set} per
modificare la maschera dei segnali del processo corrente. La modifica viene
effettuta a seconda del valore dell'argomento \param{how}, secondo le modalità
specificate in \tabref{tab:sig_procmask_how}. Qualora si specifichi un valore
non nullo per \param{oldset} la mashera dei segnali corrente viene salvata a
quell'indirizzo.

\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
    \hline
    \hline
    \macro{SIG\_BLOCK}   & L'insieme dei segnali bloccati è l'unione fra
                           quello specificato e quello corrente.\\
    \macro{SIG\_UNBLOCK} & I segnali specificati in \param{set} sono rimossi
                           dalla maschera dei segnali, specificare la
                           cancellazione di un segnale non bloccato è legale.\\
    \macro{SIG\_SETMASK} & La maschera dei segnali è settata al valore
                           specificato da \param{set}.\\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Valori e significato dell'argomento \param{how} della funzione
    \func{sigprocmask}.}
  \label{tab:sig_procmask_how}
\end{table}

Un altro 

\begin{prototype}{signal.h}
{int sigsuspend(const sigset\_t *mask)} 
  
  Cambia la \textit{signal mask} del processo corrente.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori:
  \begin{errlist}
  \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un numero di segnale invalido.
  \item[\macro{EFAULT}] Si sono specificati indirizzi non validi.
  \end{errlist}}
\end{prototype}







\subsection{Funzioni rientranti e default dei segnali}
\label{sec:sig_reentrant}





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