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

I segnali sono il primo e più semplice meccanismo di comunicazione nei
confronti dei processi. Non portano con se 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 generazionem fino ad esaminare in dettaglio funzioni e le metodologie di
gestione.


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

In questa sezione esamineremo i concetti base dei segnali, introducendo le
caratteristiche essenziali con cui il sistema interagisce con i processi
attraverso di essi.


\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 modalità di funzionamento}
\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
semantiche) che vengono chiamate rispettivamente semantica \textsl{affidabile}
(o \textit{reliable}) e semantica \textsl{inaffidabile} (o
\textit{unreliable}).

Nella semantica \textsl{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 seguente segmento di codice in cui la prima
operazione del manipolatore è quella di reinstallare se stesso: 

\footnotesize
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
    int sig_handler();            /* handler function */
    ...
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* establish handler */
    ...

int sig_handler() 
{
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* restablish handler */
    ...                           /* process signal */
}
\end{lstlisting}
\normalsize
se un secondo segnale arriva prima che il manipolatore invocato dal primo
abbia eseguito la reinstallazione di se stesso il segnale può essere perso o
causare il comportamento originale assegnato al segnale (in genere la
terminazione del processo).

Questa è la ragione per cui l'implementazione dei segnali secondo questa
semantica viene chiamata \textsl{inaffidabile}, in quanto 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.

Un caso classico in cui si incontra questo problema, è quello in cui si usa il
manipolatore per settare un flag che riporta al processo l'occorrenza del
segnale, così che questo possa prendere provvedimenti al di fuori del
manipolatore. Si consideri il seguente segmento di codice il cui scopo sarebbe
quello di fermare il processo fino all'occorrenza di un opportuno segnale:

\footnotesize
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
int signal_flag = 0;
main()
{
    int sig_handler();            /* handler function */
    ...
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* establish handler */
    ...
    while(signal_flag == 0) {     /* while flag is zero */
        pause();                  /* go to sleep */
    }
    ... 
}
int sig_handler() 
{
    signal(SIGINT, sig_handler);  /* restablish handler */
    signal_flag = 1;              /* set flag */
}
\end{lstlisting}
\normalsize
l'idea è che quando il processo trova il flag a zero viene messo in sleep e
verrà risvegliato solo dalla ricezione di un segnale. Il manipolatore si
limita in questo caso a settare il flag a uno; all'uscita dal manipolatore la
chiamata a \func{pause} è interrotta ed il processo viene risvegliato e
riprende l'esecuzione all'istruzione successiva, ma essendo cambiato il flag
la condizione non è più soddisfatta e il programma prosegue.

Il problema con l'implementazione inaffidabile è che niente ci garantisce che
il segnale arrivi fra la valutazione della condizione del \code{while} e la
chiamata a \func{pause}, nel qual caso, se il segnale non viene più generato,
il processo resterà in sleep permanentemente.

% Un'altra caratteristica della implementazione inaffidabile è che le chiamate
% di sistema non sono fatte ripartire automaticamente quando sono interrotte da
% un segnale, per questo un programma deve controllare lo stato di uscita della
% chiamata al sistema e ripeterla nel caso l'errore riportato da \texttt{errno}
% sia \texttt{EINTR}.

Questo ci mostra ad esempio come con la semantica inaffidabile non esista una
modalità semplice per ottenere una operazione di pausa (cioè mandare in sleep
un processo fino all'arrivo di un segnale).

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_sigpending}) 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 ingorarlo).

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
fa si che mentre viene eseguito il manipolatore di un segnale, questo 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. 

\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 fine 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 & Stop typed at tty                             \\
    \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 & Bad argument to routine (SVID)                \\
    \macro{SIGTRAP}  &SL & C & Trace/breakpoint trap                         \\
    \macro{SIGURG}   &SLB& B & Urgent condition on 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. A synonym for \macro{SIGABRT}       \\
    \macro{SIGEMT}   &L  &   &                                               \\
    \macro{SIGSTKFLT}&L  & A & Stack fault on coprocessor                    \\
    \macro{SIGIO}    &LB & A & I/O now possible (4.2 BSD)                    \\
    \macro{SIGCLD}   &L  &   & A synonym for \macro{SIGCHLD}                 \\
    \macro{SIGPWR}   &L  & A & Fallimento dell'alimentazione                 \\
    \macro{SIGINFO}  &L  &   & A synonym for \macro{SIGPWR}                  \\
    \macro{SIGLOST}  &L  & A & Perso un lock sul file (per NFS)              \\
    \macro{SIGWINCH} &LB & B & Window resize signal (4.3 BSD, Sun)           \\
    \macro{SIGUNUSED}&L  & A & Unused signal (will be SIGSYS)                \\
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Lista dei segnali in Linux.}
  \label{tab:sig_signal_list}
\end{table}

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 sostanzialemnte 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.

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|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 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]{|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}

La descrizione dettagliata del significato dei vari segnali, raggruppati per
tipologia, verrà affrontate nel seguito.


\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. 

%   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.
\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.

  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 dai tool che servono a fare il profilo d'uso della 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} e \macro{SIGUSR2}] Sono due segnali 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
con \func{fork} esso eredita dal padre sia le azioni che sono state settate
per i singoli segnali, che la maschera dei segnali bloccati (tratteremo
quest'ultimo argomento in \ref{sec:sig_sigpending}). 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:prog_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 nemmeno 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
indenfinitamente, 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 dispositivi, 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 dipositivo 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
  alcune vecchie implementazioni (SVR4 e 4.3+BSD) usano parametri aggiuntivi
  per definire il comportamento della funzione} 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 il tipo \type{sighandler\_t} che è una
estensione GNU definita dalle \acr{glibc} che permette di riscrivere il
prototipo in una forma più leggibile dell'originario:
\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 \type{void} (cioè senza valore di ritorno)
e che prende un argomento di tipo \type{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 \type{void} e non un puntatore ad una funzione \type{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}.


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



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

\subsection{Le funzioni \func{alarm} e \func{pause}}
\label{sec:sig_alarm_pause}


\section{Il controllo dei segnali}
\label{sec:sig_control}




\subsection{Le funzioni \func{sigprocmask} e \func{sigpending}}
\label{sec:sig_sigpending}



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




, affrontando inoltre le varie problematiche di programmazione che si devono
tenere presenti quando si ha a che fare con essi.



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