Risistemazione finale dei controlli ortografici...

[gapil.git] / signal.tex

%% signal.tex
%%
%% Copyright (C) 2000-2007 Simone Piccardi.  Permission is granted to
%% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
%% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts.  A copy of the
%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
%% License".
%%

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

I segnali sono il primo e più semplice meccanismo di comunicazione nei
confronti dei processi. Nella loro versione originale essi 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, ecc.) 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 le funzioni e le metodologie di
gestione avanzate e le estensioni fatte all'interfaccia classica nelle nuovi
versioni dello standard POSIX.


\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 di un particolare tipo di segnale.

Quando un processo riceve un segnale, invece del normale corso del programma,
viene eseguita una azione predefinita o una apposita funzione di gestione
(quello che da qui in avanti chiameremo il \textsl{gestore} del segnale,
dall'inglese \textit{signal handler}) 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 funzione 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 all'interno del \textsl{gestore} del segnale,
in tutti quei casi in cui si vuole che esso resti attivo.

In questo caso è possibile una situazione in cui i segnali possono essere
perduti. Si consideri il segmento di codice riportato in
fig.~\ref{fig:sig_old_handler}, nel programma principale viene installato un
gestore (\texttt{\small 5}), ed in quest'ultimo la prima operazione
(\texttt{\small 11}) è quella di reinstallare se stesso. Se nell'esecuzione
del gestore un secondo segnale arriva prima che esso abbia potuto eseguire la
reinstallazione, verrà eseguito il comportamento predefinito assegnato al
segnale stesso, il che può comportare, a seconda dei casi, che il segnale
viene perso (se l'impostazione predefinita 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}
    \includecodesample{listati/unreliable_sig.c}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Esempio di codice di un gestore 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 gestore non sono operazioni atomiche, e
sono sempre possibili delle \itindex{race~condition} \textit{race condition}
(sull'argomento vedi quanto detto in sez.~\ref{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 gestore 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 impostando l'apposito campo della
\struct{task\_struct} del processo nella \itindex{process~table}
\textit{process table} (si veda fig.~\ref{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 \itindex{scheduler} scheduler quando,
riprendendo l'esecuzione del processo in questione, verifica la presenza del
segnale nella \struct{task\_struct} e mette in esecuzione il gestore.

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 imposta l'azione corrispondente 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 sez.~\ref{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 le condizioni di errore più comuni comportano la restituzione di un
codice di errore da parte di una funzione di libreria; sono gli errori che
possono avvenire nella esecuzione delle istruzioni di 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 predefinita
non è quella di essere ignorato, il kernel prende nota del fatto nella
\struct{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 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
\itindex{scheduler} 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 tenga presente però che i segnali \textsl{pendenti} non si
accodano, alla generazione infatti il kernel marca un flag nella
\struct{task\_struct} del processo, per cui se prima della notifica ne vengono
generati altri il flag è comunque marcato, ed il gestore viene eseguito sempre
una sola volta.

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 bloccare su un
segnale significa bloccarne la notifica). Per questo motivo un segnale,
fintanto che viene ignorato, non sarà mai notificato, anche se prima 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 (\const{SIGKILL} e \const{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 gestore specificato;
\item accettare l'azione predefinita per quel segnale.
\end{itemize*}

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

Nel caso non sia stata specificata un'azione, viene utilizzata l'azione
standard che (come vedremo in sez.~\ref{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 dalle funzioni
\func{wait} e \func{waitpid} (vedi sez.~\ref{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
\itindex{core~dump} \textit{core dump} che registra lo stato del processo (ed
in particolare della memoria e dello \itindex{stack} 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 segnali
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 di 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 \const{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 tab.~\ref{tab:sig_signal_list} si è riportato l'elenco completo dei segnali
definiti in Linux (estratto dalle pagine di manuale), 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 predefinita è terminare il processo.\\
    B & L'azione predefinita è ignorare il segnale.\\
    C & L'azione predefinita è terminare il processo e scrivere un 
        \itindex{core~dump} \textit{core dump}.\\
    D & L'azione predefinita 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 predefinite dei segnali riportate in 
    tab.~\ref{tab:sig_signal_list}.}
  \label{tab:sig_action_leg}
\end{table}

In tab.~\ref{tab:sig_signal_list} si sono anche riportate le azioni predefinite
di ciascun segnale (riassunte con delle lettere, la cui legenda completa è in
tab.~\ref{tab:sig_action_leg}), quando nessun gestore 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 tab.~\ref{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 
    tab.~\ref{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
\itindex{core~dump} \textit{core dump}), che può essere usata da un debugger
per esaminare lo stato dello \itindex{stack} 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
    \const{SIGHUP}   &PL & A & Hangup o terminazione del processo di 
                               controllo.                                    \\
    \const{SIGINT}   &PL & A & Interrupt da tastiera (\cmd{C-c}).            \\
    \const{SIGQUIT}  &PL & C & Quit da tastiera (\cmd{C-y}).                 \\
    \const{SIGILL}   &PL & C & Istruzione illecita.                          \\
    \const{SIGABRT}  &PL & C & Segnale di abort da \func{abort}.             \\
    \const{SIGFPE}   &PL & C & Errore aritmetico.                            \\
    \const{SIGKILL}  &PL &AEF& Segnale di terminazione forzata.              \\
    \const{SIGSEGV}  &PL & C & Errore di accesso in memoria.                 \\
    \const{SIGPIPE}  &PL & A & Pipe spezzata.                                \\
    \const{SIGALRM}  &PL & A & Segnale del timer da \func{alarm}.            \\
    \const{SIGTERM}  &PL & A & Segnale di terminazione \texttt{C-\bslash}.   \\
    \const{SIGUSR1}  &PL & A & Segnale utente numero 1.                      \\
    \const{SIGUSR2}  &PL & A & Segnale utente numero 2.                      \\
    \const{SIGCHLD}  &PL & B & Figlio terminato o fermato.                   \\
    \const{SIGCONT}  &PL &   & Continua se fermato.                          \\
    \const{SIGSTOP}  &PL &DEF& Ferma il processo.                            \\
    \const{SIGTSTP}  &PL & D & Pressione del tasto di stop sul terminale.    \\
    \const{SIGTTIN}  &PL & D & Input sul terminale per un processo 
                               in background.                                \\
    \const{SIGTTOU}  &PL & D & Output sul terminale per un processo          
                               in background.                                \\
    \const{SIGBUS}   &SL & C & Errore sul bus (bad memory access).           \\
    \const{SIGPOLL}  &SL & A & \textit{Pollable event} (Sys V);  
                               Sinonimo di \const{SIGIO}.                    \\
    \const{SIGPROF}  &SL & A & Timer del profiling scaduto.                  \\
    \const{SIGSYS}   &SL & C & Argomento sbagliato per una subroutine (SVID).\\
    \const{SIGTRAP}  &SL & C & Trappole per un Trace/breakpoint.             \\
    \const{SIGURG}   &SLB& B & Ricezione di una \textit{urgent condition} su 
                               un socket. \\
    \const{SIGVTALRM}&SLB& A & Timer di esecuzione scaduto.                  \\
    \const{SIGXCPU}  &SLB& C & Ecceduto il limite sul tempo di CPU.          \\
    \const{SIGXFSZ}  &SLB& C & Ecceduto il limite sulla dimensione dei file. \\
    \const{SIGIOT}   &L  & C & IOT trap. Sinonimo di \const{SIGABRT}.        \\
    \const{SIGEMT}   &L  &   &                                               \\
% TODO che roba e` SIGEMT
    \const{SIGSTKFLT}&L  & A & Errore sullo stack del coprocessore.          \\
    \const{SIGIO}    &LB & A & L'I/O è possibile (4.2 BSD).                  \\
    \const{SIGCLD}   &L  &   & Sinonimo di \const{SIGCHLD}.                  \\
    \const{SIGPWR}   &L  & A & Fallimento dell'alimentazione.                \\
    \const{SIGINFO}  &L  &   & Sinonimo di \const{SIGPWR}.                   \\
    \const{SIGLOST}  &L  & A & Perso un lock sul file (per NFS).             \\
    \const{SIGWINCH} &LB & B & Finestra ridimensionata (4.3 BSD, Sun).       \\
    \const{SIGUNUSED}&L  & A & Segnale inutilizzato (diventerà 
                               \const{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 affrontata 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 \itindex{page~fault} \textit{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 le impostazioni della
console o eliminare i \index{file!di lock} file di lock prima dell'uscita.  In
questo caso il gestore deve concludersi ripristinando l'azione predefinita 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
gestore non ci fosse stato.

L'azione predefinita 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 \itindex{core~dump} \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[\const{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 gestore
  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.  
% TODO trovare altre info su SIGFPE e trattare la notifica delle eccezioni 
  
\item[\const{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 illecito. 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 \itindex{stack} stack. Lo
  stesso segnale viene generato in caso di overflow dello \itindex{stack}
  stack o di problemi nell'esecuzione di un gestore. Se il gestore ritorna il
  comportamento del processo è indefinito.
\item[\const{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 gestore
  ritorna il comportamento del processo è indefinito.

  È tipico ottenere questo segnale dereferenziando un puntatore nullo o non
  inizializzato leggendo al di là della fine di un vettore. 
\item[\const{SIGBUS}] Il nome deriva da \textit{bus error}. Come
  \const{SIGSEGV} questo è un segnale che viene generato di solito quando si
  dereferenzia un puntatore non inizializzato, la differenza è che
  \const{SIGSEGV} indica un accesso non permesso su un indirizzo esistente
  (tipo fuori dallo heap o dallo \itindex{stack} stack), mentre \const{SIGBUS}
  indica l'accesso ad un indirizzo non valido, come nel caso di un puntatore
  non allineato.
\item[\const{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[\const{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 un programma normale non dovrebbe ricevere questo segnale.
\item[\const{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 le impostazioni di una qualche
periferica).

L'azione predefinita di questi segnali è di terminare il processo, questi
segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{SIGTERM}] Il nome sta per \textit{terminate}. È un segnale
  generico usato per causare la conclusione di un programma. Al contrario di
  \const{SIGKILL} può essere intercettato, ignorato, bloccato. In genere lo si
  usa per chiedere in maniera ``\textsl{educata}'' ad un processo di
  concludersi.

\item[\const{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 \cmd{C-c}).

\item[\const{SIGQUIT}] È analogo a \const{SIGINT} con la differenza che è
  controllato da un altro carattere di controllo, QUIT, corrispondente alla
  sequenza \texttt{C-\bslash}. A differenza del precedente l'azione
  predefinita, oltre alla terminazione del processo, comporta anche la
  creazione di un \itindex{core~dump} \textit{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 gestore 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 \itindex{core~dump}
  \textit{core dump}.
  

\item[\const{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 \const{SIGTERM} o \cmd{C-c} non funzionano. 

  Se un processo non risponde a nessun altro segnale \const{SIGKILL} ne causa
  sempre la terminazione (in effetti il fallimento della terminazione di un
  processo da parte di \const{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 gestore.

\item[\const{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 (vedi
sez.~\ref{sec:sig_alarm_abort}). Il loro comportamento predefinito è quello di
causare la terminazione del programma, ma con questi segnali la scelta
predefinita è irrilevante, in quanto il loro uso presuppone sempre la
necessità di un gestore.  Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{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[\const{SIVGTALRM}] 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[\const{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 predefinita è di essere ignorati. Questi
segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{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[\const{SIGURG}] Questo segnale è inviato quando arrivano dei dati
  urgenti o \itindex{out-of-band} \textit{out-of-band} su di un
  socket; per maggiori dettagli al proposito si veda
  sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}.

\item[\const{SIGPOLL}] Questo segnale è equivalente a \const{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 specializzato e viene trattato in maniera specifica nelle sezioni
in cui si trattano gli argomenti relativi.  Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{SIGCHLD}] Questo è il segnale mandato al processo padre quando un
  figlio termina o viene fermato. L'azione predefinita è di ignorare il
  segnale, la sua gestione è trattata in sez.~\ref{sec:proc_wait}.

\item[\const{SIGCLD}] Per Linux questo è solo un segnale identico al
  precedente, il nome è obsoleto e andrebbe evitato. 

\item[\const{SIGCONT}] Il nome sta per \textit{continue}. Il segnale viene
  usato per fare ripartire un programma precedentemente fermato da
  \const{SIGSTOP}. Questo segnale ha un comportamento speciale, e fa sempre
  ripartire il processo prima della sua consegna. Il comportamento predefinito
  è di fare solo questo; il segnale non può essere bloccato. Si può anche
  installare un gestore, 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
  gestori 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[\const{SIGSTOP}] Il segnale ferma un processo (lo porta cioè in uno
  stato di sleep, vedi sez.~\ref{sec:proc_sched}); il segnale non può essere né
  intercettato, né ignorato, né bloccato.

\item[\const{SIGTSTP}] Il nome sta per \textit{interactive stop}. Il segnale
  ferma il processo interattivamente, ed è generato dal carattere SUSP
  (prodotto dalla combinazione \cmd{C-z}), ed al contrario di
  \const{SIGSTOP} può essere intercettato e ignorato. In genere un programma
  installa un gestore 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 gestore
  per riabilitarlo prima di fermarsi.

\item[\const{SIGTTIN}] Un processo non può leggere dal terminale se esegue una
  sessione di lavoro in \textit{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 predefinita è di fermare il
  processo.  L'argomento è trattato in
  sez.~\ref{sec:sess_job_control_overview}.

\item[\const{SIGTTOU}] Segnale analogo al precedente \const{SIGTTIN}, ma
  generato quando si tenta di scrivere o modificare uno dei modi del
  terminale. L'azione predefinita è di fermare il processo, l'argomento è
  trattato in sez.~\ref{sec:sess_job_control_overview}.
\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 predefinita di questi segnali è di terminare il
processo, questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{SIGPIPE}] Sta per \textit{Broken pipe}. Se si usano delle pipe,
  (o delle FIFO o dei socket) è necessario, prima che un processo inizi a
  scrivere su una di esse, che un altro l'abbia aperta in lettura (si veda
  sez.~\ref{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 \errcode{EPIPE}.
\item[\const{SIGLOST}] Sta per \textit{Resource lost}. Tradizionalmente è il
  segnale che viene generato quando si perde un advisory lock su un file su
  NFS perché il server NFS è stato riavviato. Il progetto GNU lo utilizza per
  indicare ad un client il crollo inaspettato di un server. In Linux è
  definito come sinonimo di \const{SIGIO}.\footnote{ed è segnalato come BUG
    nella pagina di manuale.}
\item[\const{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 sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}. 
\item[\const{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 sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}. 
\end{basedescript}


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

Raccogliamo qui infine una serie di segnali che hanno scopi differenti non
classificabili in maniera omogenea. Questi segnali sono:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{SIGUSR1}] Insieme a \const{SIGUSR2} è un segnale a disposizione
  dell'utente che lo può usare per quello che vuole. Viene generato solo
  attraverso l'invocazione della funzione \func{kill}. Entrambi i segnali
  possono essere utili per implementare una comunicazione elementare fra
  processi diversi, o per eseguire a richiesta una operazione utilizzando un
  gestore. L'azione predefinita è di terminare il processo.
\item[\const{SIGUSR2}] È il secondo segnale a disposizione degli utenti. Vedi
  quanto appena detto per \const{SIGUSR1}.
\item[\const{SIGWINCH}] Il nome sta per \textit{window (size) change} e viene
  generato in 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 predefinita è di essere ignorato.
\item[\const{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
che stampano un messaggio di descrizione dato il numero. In genere si usano
quando si vuole notificare all'utente il segnale ricevuto (nel caso di
terminazione di un processo figlio o di un gestore che gestisce più segnali);
la prima funzione, \funcd{strsignal}, è una estensione GNU, accessibile avendo
definito \macro{\_GNU\_SOURCE}, ed è analoga alla funzione \func{strerror} (si
veda sez.~\ref{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
  \param{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, \funcd{psignal}, deriva da BSD ed è analoga alla funzione
\func{perror} descritta sempre in sez.~\ref{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 usare la variabile
\var{sys\_siglist}, che è definita in \file{signal.h} e può essere acceduta
con la dichiarazione:
\includecodesnip{listati/siglist.c}

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 di base 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 gestori che si sono installati.

In questa sezione vedremo come si effettua la gestione dei segnali, a partire
dalla loro interazione con le system call, passando per le varie funzioni che
permettono di installare i gestori 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 sez.~\ref{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 sez.~\ref{sec:proc_fork} quando viene creato un nuovo
processo esso eredita dal padre sia le azioni che sono state impostate per i
singoli segnali, che la maschera dei segnali bloccati (vedi
sez.~\ref{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 sez.~\ref{sec:proc_exec}) tutti i segnali per i quali è stato
installato un gestore vengono reimpostati a \const{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
gestore; viene mantenuto invece ogni eventuale impostazione dell'azione a
\const{SIG\_IGN}. Questo permette ad esempio alla shell di impostare ad
\const{SIG\_IGN} le risposte per \const{SIGINT} e \const{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 il comportamento di tutte le altre system call si danno
sostanzialmente due casi, a seconda che esse siano \index{system~call~lente}
\textsl{lente} (\textit{slow}) o \textsl{veloci} (\textit{fast}). La gran
parte di esse appartiene a quest'ultima categoria, che non è influenzata
dall'arrivo di un segnale. Esse sono dette \textsl{veloci} in quanto la loro
esecuzione è sostanzialmente immediata; la risposta al segnale viene sempre
data dopo che la system call è stata completata, in quanto attendere per
eseguire un gestore non comporta nessun inconveniente.

In alcuni casi però alcune system call (che per questo motivo vengono chiamate
\textsl{lente}) possono bloccarsi indefinitamente. In questo caso non si può
attendere la conclusione della system call, perché questo renderebbe
impossibile una risposta pronta al segnale, per cui il gestore viene
eseguito prima che la system call sia ritornata.  Un elenco dei casi in cui si
presenta questa situazione è il seguente:
\begin{itemize*}
\item la lettura da file che possono bloccarsi in attesa di dati non ancora
  presenti (come per certi \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, i
  socket o le pipe);
\item la scrittura sugli stessi file, nel caso in cui dati non possano essere
  accettati immediatamente (di nuovo comune per i socket);
\item l'apertura di un file di dispositivo che richiede operazioni non
  immediate per una risposta (ad esempio l'apertura di un nastro che deve
  essere riavvolto);
\item le 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 gestore sia
ritornato. La scelta originaria dei primi Unix era quella di far ritornare
anche la system call restituendo l'errore di \errcode{EINTR}. Questa è a
tutt'oggi una scelta corrente, ma comporta che i programmi che usano dei
gestori controllino lo stato di uscita delle funzioni che eseguono una system
call lenta 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 \errcode{EINTR}.

La soluzione è comunque poco elegante e BSD ha scelto un approccio molto
diverso, che è quello di fare ripartire automaticamente una system call
interrotta invece di farla fallire. In questo caso ovviamente non c'è bisogno
di 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
sez.~\ref{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 \funcd{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 argomenti aggiuntivi per definire il comportamento della funzione,
  vedremo in sez.~\ref{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 gestore) per il
  segnale \param{signum}.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna il precedente gestore in caso di successo
    o \const{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}, che permette di riscrivere il
prototipo di \func{signal} nella forma appena vista, molto più leggibile di
quanto non sia la versione originaria, che di norma è definita come:
\includecodesnip{listati/signal.c}
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:
\includecodesnip{listati/sighandler_t.c}
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 la funzione che
verrà usata come gestore del segnale.

Il numero di segnale passato nell'argomento \param{signum} può essere indicato
direttamente con una delle costanti definite in sez.~\ref{sec:sig_standard}.
L'argomento \param{handler} che indica il gestore invece, oltre all'indirizzo
della funzione da chiamare all'occorrenza del segnale, può assumere anche i
due valori costanti \const{SIG\_IGN} e \const{SIG\_DFL}; il primo indica che
il segnale deve essere ignorato,\footnote{si ricordi però che i due segnali
  \const{SIGKILL} e \const{SIGSTOP} non possono essere né ignorati né
  intercettati; l'uso di \const{SIG\_IGN} per questi segnali non ha alcun
  effetto.} mentre il secondo ripristina l'azione predefinita.\footnote{e
  serve a tornare al comportamento di default quando non si intende più
  gestire direttamente un segnale.}

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 imposta come azione \const{SIG\_IGN} (o si
imposta un \const{SIG\_DFL} per un segnale la cui azione predefinita 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 gestore viene disinstallato alla sua chiamata, secondo la
semantica inaffidabile; anche Linux seguiva questa convenzione con le vecchie
librerie del C come le \acr{libc4} e le \acr{libc5}.\footnote{nelle
  \acr{libc5} esiste però la possibilità di includere \file{bsd/signal.h} al
  posto di \file{signal.h}, nel qual caso la funzione \func{signal} viene
  ridefinita per seguire la semantica affidabile usata da BSD.}

Al contrario BSD segue la semantica affidabile, non disinstallando il gestore
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.  Il
comportamento della versione originale della funzione, il cui uso è deprecato
per i motivi visti in sez.~\ref{sec:sig_semantics}, può essere ottenuto
chiamando \func{sysv\_signal}, una volta che si sia definita la macro
\macro{\_XOPEN\_SOURCE}.  In generale, per evitare questi problemi, l'uso di
\func{signal} (ed ogni eventuale ridefinizione della stessa) è da evitare;
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 \const{SIGFPE}, \const{SIGILL}, o
\const{SIGSEGV} (qualora questi non originino da una chiamata ad una
\func{kill} o ad una \func{raise}) è indefinito. Un gestore 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 precedentemente accennato in sez.~\ref{sec:sig_types}, un segnale può
anche essere generato direttamente nell'esecuzione di un programma, attraverso
la chiamata ad una opportuna system call. Le funzioni che si utilizzano di
solito per inviare un segnale generico ad un processo sono due: \func{raise} e
\func{kill}.

La prima funzione è \funcd{raise}, che è definita dallo standard ANSI C, e
serve per inviare un segnale al processo corrente,\footnote{non prevedendo la
  presenza di un sistema multiutente lo standard ANSI C non poteva che
  definire una funzione che invia il segnale al programma in esecuzione. Nel
  caso di Linux questa viene implementata come funzione di compatibilità.}  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 \errval{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
sez.~\ref{sec:sig_classification}.  In genere questa funzione viene usata per
riprodurre il comportamento predefinito di un segnale che sia stato
intercettato. In questo caso, una volta eseguite le operazioni volute, il
gestore dovrà prima reinstallare l'azione predefinita, per poi attivarla
chiamando \func{raise}.

Mentre \func{raise} è una funzione di libreria, quando si vuole inviare un
segnale generico ad un processo occorre utilizzare la apposita system call,
questa può essere chiamata attraverso la funzione \funcd{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} assumerà uno dei valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINVAL}] il segnale specificato non esiste.
    \item[\errcode{ESRCH}] il processo selezionato non esiste.
    \item[\errcode{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 la funzione viene chiamata con questo valore
non viene inviato nessun segnale, ma viene eseguito il controllo degli errori,
in tal caso si otterrà un errore \errcode{EPERM} se non si hanno i permessi
necessari ed un errore \errcode{ESRCH} se il processo specificato non esiste.
Si tenga conto però che il sistema ricicla i \acr{pid} (come accennato in
sez.~\ref{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 tab.~\ref{tab:sig_kill_values}.

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.

Una seconda funzione che può essere definita in termini di \func{kill} è
\funcd{killpg}, che è sostanzialmente equivalente a
\code{kill(-pidgrp, signal)}; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}{int killpg(pid\_t pidgrp, int signal)} 
  
  Invia il segnale \param{signal} al \itindex{process~group} \textit{process
    group} \param{pidgrp}.

  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
    errore, gli errori sono gli stessi di \func{kill}.}
\end{prototype}
\noindent e permette di inviare un segnale a tutto un \itindex{process~group}
\textit{process group} (vedi sez.~\ref{sec:sess_proc_group}).

\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 \itindex{process~group}
           \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 \textit{process group} 
            \itindex{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}

Solo l'amministratore può inviare un segnale ad un processo qualunque, in
tutti gli altri casi l'user-ID reale o l'user-ID effettivo del processo
chiamante devono corrispondere all'user-ID reale o all'user-ID salvato della
destinazione. Fa eccezione il caso in cui il segnale inviato sia
\const{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 sez.~\ref{sec:sig_termination}), non è possibile
inviare al processo 1 (cioè a \cmd{init}) segnali per i quali esso non abbia
un gestore 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 implementazioni 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 \const{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 \funcd{alarm} il cui
prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{unsigned int alarm(unsigned int seconds)}
  Predispone l'invio di \const{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 \const{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 programmato in precedenza. In questo modo è possibile controllare
se non si è cancellato un precedente allarme e predisporre eventuali misure
che permettano di gestire il caso in cui servono più interruzioni.

In sez.~\ref{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 \const{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 \const{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
  sez.~\ref{sec:sys_unix_time} abbiamo chiamato \textit{CPU time}). La scadenza
  di questo timer provoca l'emissione di \const{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 \funcd{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 \param{which}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori \errval{EINVAL} o
    \errval{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
tab.~\ref{tab:sig_setitimer_values}.
\begin{table}[htb]
  \footnotesize
  \centering
  \begin{tabular}[c]{|l|l|}
    \hline
    \textbf{Valore} & \textbf{Timer} \\
    \hline
    \hline
    \const{ITIMER\_REAL}    & \textit{real-time timer}\\
    \const{ITIMER\_VIRTUAL} & \textit{virtual timer}\\
    \const{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 impostare
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 \struct{itimerval}, definita in fig.~\ref{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 \struct{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 reimposta \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}
    \includestruct{listati/itimerval.h}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{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
fig.~\ref{fig:sig_alarm_def}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includestruct{listati/alarm_def.c}
  \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).  

% TODO: verificare cose è successo con l'introduzione nel kernel degli htrimer

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 \const{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 sez.~\ref{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
\funcd{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 \param{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 argomenti hanno lo stesso significato e formato di quelli di
\func{setitimer}. 


L'ultima funzione che permette l'invio diretto di un segnale è \funcd{abort},
che, come accennato in sez.~\ref{sec:proc_termination}, permette di abortire
l'esecuzione di un programma tramite l'invio di \const{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 \const{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 gestore ritorna, la
funzione non ritorni comunque. Lo standard POSIX.1 va oltre e richiede che se
il processo non viene terminato direttamente dal gestore 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{atexit} e \func{on\_exit}.


\subsection{Le funzioni di pausa e attesa}
\label{sec:sig_pause_sleep}

Sono parecchie le occasioni in cui si può avere necessità di sospendere
temporaneamente l'esecuzione di un processo. Nei sistemi più elementari in
genere questo veniva fatto con un opportuno loop di attesa, ma in un sistema
multitasking un loop di attesa è solo un inutile spreco di CPU, per questo ci
sono apposite funzioni che permettono di mettere un processo in stato di
attesa.\footnote{si tratta in sostanza di funzioni che permettono di portare
  esplicitamente il processo in stato di \textit{sleep}, vedi
  sez.~\ref{sec:proc_sched}.}

Il metodo tradizionale per fare attendere ad un processo fino all'arrivo di un
segnale è quello di usare la funzione \funcd{pause}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}{int pause(void)}
  
  Pone il processo in stato di sleep fino al ritorno di un gestore.
  
  \bodydesc{La funzione ritorna solo dopo che un segnale è stato ricevuto ed
    il relativo gestore è ritornato, nel qual caso restituisce $-1$ e
    \var{errno} assumerà il valore \errval{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 interrompere
l'esecuzione del processo fino all'arrivo di un segnale inviato da un altro
processo).

Quando invece si vuole fare attendere un processo per un intervallo di tempo
già noto nello standard POSIX.1 viene definita la funzione \funcd{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 \const{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 sez.~\ref{sec:sig_example}). In tal caso mescolare chiamata di
\func{alarm} e \func{sleep} o modificare l'azione di \const{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 soltanto in
secondi, per questo sia sotto BSD4.3 che in SUSv2 è stata definita la funzione
\funcd{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 pagina di manuale 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} assumerà il valore
    \errval{EINTR}.}

\end{prototype}

Anche questa funzione, a seconda delle implementazioni, può presentare
problemi nell'interazione con \func{alarm} e \const{SIGALRM}. È pertanto
deprecata in favore della funzione \funcd{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} assumerà uno dei valori:
    \begin{errlist}
    \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un numero di secondi negativo o un
      numero di nanosecondi maggiore di 999.999.999.
    \item[\errcode{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 \const{SIGALRM}. La funzione prende come argomenti
delle strutture di tipo \struct{timespec}, la cui definizione è riportata in
fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}, 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 \itindex{scheduler} scheduler
e cioè un tempo che a seconda dei casi può arrivare fino a 1/\const{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/\const{HZ}.

In realtà è possibile ottenere anche pause più precise del centesimo di
secondo usando politiche di \itindex{scheduler} scheduling real-time come
\const{SCHED\_FIFO} o \const{SCHED\_RR}; in tal caso infatti il meccanismo di
\itindex{scheduler} 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 gestore di segnale è
quello della gestione di \const{SIGCHLD}. Abbiamo visto in
sez.~\ref{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 \const{SIGCLD} e viene trattato in maniera speciale; in
  System V infatti se si imposta esplicitamente l'azione a \const{SIG\_IGN} il
  segnale non viene generato ed il sistema non genera \index{zombie} zombie
  (lo stato di terminazione viene scartato senza dover chiamare una
  \func{wait}).  L'azione predefinita 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 \const{SIGCLD} come sinonimo di
  \const{SIGCHLD}.} In generale dunque, quando non interessa elaborare lo
stato di uscita di un processo, si può completare la gestione della
terminazione installando un gestore per \const{SIGCHLD} il cui unico compito
sia quello di chiamare \func{waitpid} per completare la procedura di
terminazione in modo da evitare la formazione di \index{zombie} zombie.

In fig.~\ref{fig:sig_sigchld_handl} è mostrato il codice contenente una
implementazione generica di una funzione di gestione per \const{SIGCHLD}, (che
si trova nei sorgenti allegati nel file \file{SigHand.c}); se ripetiamo i test
di sez.~\ref{sec:proc_termination}, invocando \cmd{forktest} con l'opzione
\cmd{-s} (che si limita ad effettuare l'installazione di questa funzione come
gestore di \const{SIGCHLD}) potremo verificare che non si ha più la creazione
di \index{zombie} zombie.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize  \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includecodesample{listati/hand_sigchild.c}
  \end{minipage}
  \normalsize 
  \caption{Codice di una funzione generica di gestione per il segnale
    \texttt{SIGCHLD}.}
  \label{fig:sig_sigchld_handl}
\end{figure}

Il codice del gestore è di lettura immediata; come buona norma di
programmazione (si ricordi quanto accennato sez.~\ref{sec:sys_errno}) si
comincia (\texttt{\small 6--7}) con il salvare lo stato corrente di
\var{errno}, in modo da poterlo ripristinare prima del ritorno del gestore
(\texttt{\small 16--17}). In questo modo si preserva il valore della variabile
visto dal corso di esecuzione principale del processo, che altrimenti sarebbe
sovrascritto dal valore restituito nella successiva chiamata di \func{waitpid}.

Il compito principale del gestore è quello di ricevere lo stato di
terminazione del processo, cosa che viene eseguita nel ciclo in
(\texttt{\small 9--15}).  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 gestore possa passare un certo
lasso di tempo e niente ci assicura che il gestore venga eseguito prima della
generazione di ulteriori segnali dello stesso tipo. In questo caso normalmente
i segnali successivi vengono ``\textsl{fusi}'' col primo ed al processo ne
viene recapitato soltanto uno.

Questo può essere un caso comune proprio con \const{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 verrà 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 \index{zombie} 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 sez.~\ref{sec:proc_wait} per
la sintassi della funzione). Si noti anche come la funzione venga invocata con
il parametro \const{WNOHANG} che permette di evitare il suo blocco quando
tutti gli stati di terminazione sono stati ricevuti.



\section{La gestione avanzata dei segnali}
\label{sec:sig_adv_control}

Le funzioni esaminate finora fanno riferimento alle modalità più elementari
della gestione dei segnali; non si sono pertanto ancora prese in
considerazione le tematiche più complesse, collegate alle varie
\itindex{race~condition} \textit{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 sez.~\ref{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
fig.~\ref{fig:sig_sleep_wrong}.

Dato che è nostra intenzione utilizzare \const{SIGALRM} il primo passo della
nostra implementazione sarà quello di installare il relativo gestore salvando
il precedente (\texttt{\small 14-17}).  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
  18-20}) fino alla sua ricezione.  Al ritorno di \func{pause}, causato dal
ritorno del gestore (\texttt{\small 1-9}), si ripristina il gestore originario
(\texttt{\small 21-22}) restituendo l'eventuale tempo rimanente
(\texttt{\small 23-24}) 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}
    \includecodesample{listati/sleep_danger.c}
  \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 \itindex{race~condition} \textit{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 di quest'ultima, cosicché essa
sarebbe eseguita dopo l'arrivo di \const{SIGALRM}. In questo caso ci si
troverebbe di fronte ad un \itindex{deadlock} 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 sez.~\ref{sec:proc_longjmp}) per
uscire dal gestore; 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 fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includecodesample{listati/sleep_defect.c}
  \end{minipage}
  \normalsize 
  \caption{Una implementazione ancora malfunzionante di \func{sleep}.} 
  \label{fig:sig_sleep_incomplete}
\end{figure}

In questo caso il gestore (\texttt{\small 18-27}) non ritorna come in
fig.~\ref{fig:sig_sleep_wrong}, ma usa \func{longjmp} (\texttt{\small 25}) 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 gestore, l'esecuzione non
riprenderà nel gestore 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 impostare
nel gestore un opportuno flag da controllare nel corpo principale del
programma (con un codice del tipo di quello riportato in
fig.~\ref{fig:sig_event_wrong}). La logica è quella di far impostare al
gestore (\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}).

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize\centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includecodesample{listati/sig_alarm.c}
  \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}

Questo è il tipico esempio di caso, già citato in
sez.~\ref{sec:proc_race_cond}, in cui si genera una \itindex{race~condition}
\textit{race condition}; infatti, in una situazione in cui un segnale è già
arrivato (e \var{flag} è già ad 1) se un altro 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
delle funzioni più sofisticate di quelle finora illustrate, queste hanno la
loro origine nella semplice interfaccia dei primi sistemi Unix, ma con esse
non è possibile gestire in maniera adeguata di tutti i possibili aspetti con
cui un processo deve reagire alla ricezione di un segnale.



\subsection{Gli \textsl{insiemi di segnali} o \textit{signal set}}
\label{sec:sig_sigset}

\itindbeg{signal~set} 

Come evidenziato nel paragrafo precedente, le funzioni di gestione dei segnali
originarie, nate con la semantica inaffidabile, hanno dei limiti non
superabili; in particolare non è prevista nessuna funzione che permetta di
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 ottenere 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), tale tipo di dato 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 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: \funcd{sigemptyset}, \funcd{sigfillset}, \funcd{sigaddset},
\funcd{sigdelset} e \funcd{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}
    impostata a \errval{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 sez.~\ref{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.

\itindend{signal~set} 


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

Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:sig_signal} i problemi di compatibilità
relativi all'uso di \func{signal}. Per ovviare a tutto questo lo standard
POSIX.1 ha ridefinito completamente l'interfaccia per la gestione dei segnali,
rendendola molto più flessibile e robusta, anche se leggermente più complessa.

La funzione principale dell'interfaccia POSIX.1 per i segnali è
\funcd{sigaction}. Essa ha sostanzialmente lo stesso uso di \func{signal},
permette cioè di specificare le modalità con cui 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 una nuova azione 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[\errcode{EINVAL}] si è specificato un numero di segnale invalido o si è
    cercato di installare il gestore per \const{SIGKILL} o
    \const{SIGSTOP}.
  \item[\errcode{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{gestore}
come nel caso di \func{signal}, in quanto la funzione consente di specificare
le varie caratteristiche della risposta al segnale, non solo la funzione che
verrà eseguita alla sua occorrenza.  Per questo lo standard raccomanda di
usare sempre questa funzione al posto di \func{signal} (che in genere viene
definita tramite essa), in quanto permette 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 \struct{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 fig.~\ref{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}
    \includestruct{listati/sigaction.h}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{sigaction}.} 
  \label{fig:sig_sigaction}
\end{figure}

Il campo \var{sa\_mask} serve ad indicare l'insieme dei segnali che devono
essere bloccati durante l'esecuzione del gestore, 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. Quando il
gestore ritorna comunque la maschera dei segnali bloccati (vedi
sez.~\ref{sec:sig_sigmask}) viene ripristinata al valore precedente
l'invocazione.

L'uso di questo campo permette ad esempio di risolvere il problema residuo
dell'implementazione di \code{sleep} mostrata in
fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete}. In quel caso infatti se il segnale di
allarme avesse interrotto un altro gestore questo non sarebbe stato eseguito
correttamente; la cosa poteva essere prevenuta installando gli altri gestori
usando \var{sa\_mask} per bloccare \const{SIGALRM} durante la loro esecuzione.
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
tab.~\ref{tab:sig_sa_flag}.

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

\footnotetext{questa funzionalità è stata introdotta nel kernel 2.6 e va a
  modificare il comportamento di \func{waitpid}.}

% TODO con il 2.6 sono stati aggiunti SA_NOCLDWAIT e altro, documentare

Come si può notare in fig.~\ref{fig:sig_sigaction} \func{sigaction} permette
di utilizzare due forme diverse di gestore,\footnote{la possibilità è prevista
  dallo standard POSIX.1b, ed è stata aggiunta nei kernel della serie 2.1.x
  con l'introduzione dei segnali real-time (vedi
  sez.~\ref{sec:sig_real_time}); in precedenza era possibile ottenere alcune
  informazioni addizionali usando \var{sa\_handler} con un secondo parametro
  addizionale di tipo \var{sigcontext}, che adesso è deprecato.}  da
specificare, a seconda dell'uso o meno del flag \const{SA\_SIGINFO},
rispettivamente attraverso i campi \var{sa\_sigaction} o
\var{sa\_handler},\footnote{i due tipi devono essere usati in maniera
  alternativa, in certe implementazioni questi campi vengono addirittura
  definiti come \ctyp{union}.}  Quest'ultima è quella classica usata anche con
\func{signal}, mentre la prima permette di usare un gestore più complesso, in
grado di ricevere informazioni più dettagliate dal sistema, attraverso la
struttura \struct{siginfo\_t}, riportata in fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includestruct{listati/siginfo_t.h}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{siginfo\_t}.} 
  \label{fig:sig_siginfo_t}
\end{figure}
 
Installando un gestore di tipo \var{sa\_sigaction} diventa allora possibile
accedere alle informazioni restituite attraverso il puntatore a questa
struttura. Tutti i segnali impostano i campi \var{si\_signo}, che riporta il
numero del segnale ricevuto, \var{si\_errno}, che riporta, quando diverso da
zero, il codice dell'errore associato al segnale, e \var{si\_code}, che viene
usato dal kernel per specificare maggiori dettagli riguardo l'evento che ha
causato l'emissione del segnale.

In generale \var{si\_code} contiene, per i segnali generici, per quelli
real-time e per tutti quelli inviati tramite \func{kill}, informazioni circa
l'origine del segnale (se generato dal kernel, da un timer, da \func{kill},
ecc.). Alcuni segnali però usano \var{si\_code} per fornire una informazione
specifica: ad esempio i vari segnali di errore (\const{SIGFPE},
\const{SIGILL}, \const{SIGBUS} e \const{SIGSEGV}) lo usano per fornire
maggiori dettagli riguardo l'errore (come il tipo di errore aritmetico, di
istruzione illecita o di violazione di memoria) mentre alcuni segnali di
controllo (\const{SIGCHLD}, \const{SIGTRAP} e \const{SIGPOLL}) forniscono
altre informazioni specifiche.  In tutti i casi il valore del campo è
riportato attraverso delle costanti (le cui definizioni si trovano
\file{bits/siginfo.h}) il cui elenco dettagliato è disponibile nella pagina di
manuale di \func{sigaction}.

Il resto della struttura è definito come \ctyp{union} ed i valori
eventualmente presenti dipendono dal segnale, così \const{SIGCHLD} ed i
segnali real-time (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) inviati tramite
\func{kill} avvalorano \var{si\_pid} e \var{si\_uid} coi valori corrispondenti
al processo che ha emesso il segnale, \const{SIGILL}, \const{SIGFPE},
\const{SIGSEGV} e \const{SIGBUS} avvalorano \var{si\_addr} con l'indirizzo in
cui è avvenuto l'errore, \const{SIGIO} (vedi
sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}) avvalora \var{si\_fd} con il numero del
file descriptor e \var{si\_band} per i \itindex{out-of-band} dati urgenti (vedi
sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}) su un socket.

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
\struct{sigaction} contiene un maggior numero di informazioni rispetto al
semplice indirizzo del gestore restituito da \func{signal}.  Per questo motivo
se si usa quest'ultima per installare un gestore 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 gestore 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 definitiva dunque, a
meno che non si sia vincolati all'aderenza stretta allo standard ISO C, è
sempre il caso di evitare l'uso di \func{signal} a favore di \func{sigaction}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize  \centering
  \begin{minipage}[c]{15.6cm}
    \includecodesample{listati/Signal.c}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La funzione \func{Signal}, equivalente a \func{signal}, definita
    attraverso \func{sigaction}.}
  \label{fig:sig_Signal_code}
\end{figure}

Per questo motivo si è provveduto, per mantenere un'interfaccia semplificata
che abbia le stesse caratteristiche di \func{signal}, a definire attraverso
\func{sigaction} una funzione equivalente, il cui codice è riportato in
fig.~\ref{fig:sig_Signal_code} (il codice completo si trova nel file
\file{SigHand.c} nei sorgenti allegati).  Si noti come, essendo la funzione
estremamente semplice, è definita come \direct{inline}.\footnote{la direttiva
  \direct{inline} viene usata per dire al compilatore di trattare la funzione
  cui essa fa riferimento in maniera speciale inserendo il codice direttamente
  nel testo del programma.  Anche se i compilatori più moderni sono in grado
  di effettuare da soli queste manipolazioni (impostando le opportune
  ottimizzazioni) questa è una tecnica usata per migliorare le prestazioni per
  le funzioni piccole ed usate di frequente (in particolare nel kernel, dove
  in certi casi le ottimizzazioni dal compilatore, tarate per l'uso in user
  space, non sono sempre adatte). In tal caso infatti le istruzioni per creare
  un nuovo frame nello \itindex{stack} stack per chiamare la funzione
  costituirebbero una parte rilevante del codice, appesantendo inutilmente il
  programma.  Originariamente questo comportamento veniva ottenuto con delle
  macro, ma queste hanno tutta una serie di problemi di sintassi nel passaggio
  degli argomenti (si veda ad esempio \cite{PratC}) che in questo modo possono
  essere evitati.}



\subsection{La gestione della \textsl{maschera dei segnali} o 
  \textit{signal mask}}
\label{sec:sig_sigmask}

\itindbeg{signal~mask}
Come spiegato in sez.~\ref{sec:sig_semantics} tutti i moderni sistemi unix-like
permettono di bloccare temporaneamente (o di eliminare completamente,
impostando \const{SIG\_IGN} come azione) la consegna dei segnali ad un
processo. Questo è fatto specificando la cosiddetta \textsl{maschera dei
  segnali} (o \textit{signal mask}) del processo\footnote{nel caso di Linux
  essa è mantenuta dal campo \var{blocked} della \struct{task\_struct} del
  processo.} cioè l'insieme dei segnali la cui consegna è bloccata. Abbiamo
accennato in sez.~\ref{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 gestore, attraverso l'uso dal campo \var{sa\_mask} di \struct{sigaction}.

Uno dei problemi evidenziatisi con l'esempio di fig.~\ref{fig:sig_event_wrong}
è che in molti casi è necessario proteggere delle sezioni di codice (nel caso
in questione 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 eseguite 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 si devono eseguire operazioni più complesse si può
invece usare la funzione \funcd{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[\errcode{EINVAL}] si è specificato un numero di segnale invalido.
  \item[\errcode{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
effettuata a seconda del valore dell'argomento \param{how}, secondo le modalità
specificate in tab.~\ref{tab:sig_procmask_how}. Qualora si specifichi un valore
non nullo per \param{oldset} la maschera 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
    \const{SIG\_BLOCK}   & L'insieme dei segnali bloccati è l'unione fra
                           quello specificato e quello corrente.\\
    \const{SIG\_UNBLOCK} & I segnali specificati in \param{set} sono rimossi
                           dalla maschera dei segnali, specificare la
                           cancellazione di un segnale non bloccato è legale.\\
    \const{SIG\_SETMASK} & La maschera dei segnali è impostata 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}

In questo modo diventa possibile proteggere delle sezioni di codice bloccando
l'insieme di segnali voluto per poi riabilitarli alla fine della
\index{sezione~critica} sezione critica. La funzione permette di risolvere
problemi come quelli mostrati in fig.~\ref{fig:sig_event_wrong}, proteggendo
la sezione fra il controllo del flag e la sua cancellazione.

La funzione può essere usata anche all'interno di un gestore, ad esempio
per riabilitare la consegna del segnale che l'ha invocato, in questo caso però
occorre ricordare che qualunque modifica alla maschera dei segnali viene
perduta alla conclusione del terminatore. 

Benché con l'uso di \func{sigprocmask} si possano risolvere la maggior parte
dei casi di \itindex{race~condition} \textit{race condition} restano aperte
alcune possibilità legate all'uso di \func{pause}; il caso è simile a quello
del problema illustrato nell'esempio di fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete}, e
cioè la possibilità che il processo riceva il segnale che si intende usare per
uscire dallo stato di attesa invocato con \func{pause} immediatamente prima
dell'esecuzione di quest'ultima. Per poter effettuare atomicamente la modifica
della maschera dei segnali (di solito attivandone uno specifico) insieme alla
sospensione del processo lo standard POSIX ha previsto la funzione
\funcd{sigsuspend}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
{int sigsuspend(const sigset\_t *mask)} 
  
  Imposta la \textit{signal mask} specificata, mettendo in attesa il processo.
  
  \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[\errcode{EINVAL}] si è specificato un numero di segnale invalido.
  \item[\errcode{EFAULT}] si sono specificati indirizzi non validi.
  \end{errlist}}
\end{prototype}

Come esempio dell'uso di queste funzioni proviamo a riscrivere un'altra volta
l'esempio di implementazione di \code{sleep}. Abbiamo accennato in
sez.~\ref{sec:sig_sigaction} come con \func{sigaction} sia possibile bloccare
\const{SIGALRM} nell'installazione dei gestori degli altri segnali, per poter
usare l'implementazione vista in fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete} senza
interferenze.  Questo però comporta una precauzione ulteriore al semplice uso
della funzione, vediamo allora come usando la nuova interfaccia è possibile
ottenere un'implementazione, riportata in fig.~\ref{fig:sig_sleep_ok} che non
presenta neanche questa necessità.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize   \centering
  \begin{minipage}[c]{15.6cm}
    \includecodesample{listati/sleep.c}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Una implementazione completa di \func{sleep}.} 
  \label{fig:sig_sleep_ok}
\end{figure}

Per evitare i problemi di interferenza con gli altri segnali in questo caso
non si è usato l'approccio di fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete} evitando
l'uso di \func{longjmp}. Come in precedenza il gestore (\texttt{\small 27-30})
non esegue nessuna operazione, limitandosi a ritornare per interrompere il
programma messo in attesa.

La prima parte della funzione (\texttt{\small 6-10}) provvede ad installare
l'opportuno gestore per \const{SIGALRM}, salvando quello originario, che
sarà ripristinato alla conclusione della stessa (\texttt{\small 23}); il passo
successivo è quello di bloccare \const{SIGALRM} (\texttt{\small 11-14}) per
evitare che esso possa essere ricevuto dal processo fra l'esecuzione di
\func{alarm} (\texttt{\small 16}) e la sospensione dello stesso. Nel fare
questo si salva la maschera corrente dei segnali, che sarà ripristinata alla
fine (\texttt{\small 22}), e al contempo si prepara la maschera dei segnali
\var{sleep\_mask} per riattivare \const{SIGALRM} all'esecuzione di
\func{sigsuspend}.  

In questo modo non sono più possibili \itindex{race~condition} \textit{race
  condition} dato che \const{SIGALRM} viene disabilitato con
\func{sigprocmask} fino alla chiamata di \func{sigsuspend}.  Questo metodo è
assolutamente generale e può essere applicato a qualunque altra situazione in
cui si deve attendere per un segnale, i passi sono sempre i seguenti:
\begin{enumerate*}
\item Leggere la maschera dei segnali corrente e bloccare il segnale voluto
  con \func{sigprocmask};
\item Mandare il processo in attesa con \func{sigsuspend} abilitando la
  ricezione del segnale voluto;
\item Ripristinare la maschera dei segnali originaria.
\end{enumerate*}
Per quanto possa sembrare strano bloccare la ricezione di un segnale per poi
riabilitarla immediatamente dopo, in questo modo si evita il
\itindex{deadlock} deadlock dovuto all'arrivo del segnale prima
dell'esecuzione di \func{sigsuspend}.

\itindend{signal~mask}


\subsection{Ulteriori funzioni di gestione}
\label{sec:sig_specific_features}

In questo ultimo paragrafo esamineremo le rimanenti funzioni di gestione dei
segnali non descritte finora, relative agli aspetti meno utilizzati e più
``\textsl{esoterici}'' della interfaccia.

La prima di queste funzioni è \funcd{sigpending}, anch'essa introdotta dallo
standard POSIX.1; il suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
{int sigpending(sigset\_t *set)} 
  
Scrive in \param{set} l'insieme dei segnali pendenti.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e $-1$ per un
    errore.}
\end{prototype}

La funzione permette di ricavare quali sono i segnali pendenti per il processo
in corso, cioè i segnali che sono stati inviati dal kernel ma non sono stati
ancora ricevuti dal processo in quanto bloccati. Non esiste una funzione
equivalente nella vecchia interfaccia, ma essa è tutto sommato poco utile,
dato che essa può solo assicurare che un segnale è stato inviato, dato che
escluderne l'avvenuto invio al momento della chiamata non significa nulla
rispetto a quanto potrebbe essere in un qualunque momento successivo.

Una delle caratteristiche di BSD, disponibile anche in Linux, è la possibilità
di usare uno \itindex{stack} stack alternativo per i segnali; è cioè possibile
fare usare al sistema un altro \itindex{stack} stack (invece di quello
relativo al processo, vedi sez.~\ref{sec:proc_mem_layout}) solo durante
l'esecuzione di un gestore.  L'uso di uno stack alternativo è del tutto
trasparente ai gestori, occorre però seguire una certa procedura:
\begin{enumerate}
\item Allocare un'area di memoria di dimensione sufficiente da usare come
  stack alternativo;
\item Usare la funzione \func{sigaltstack} per rendere noto al sistema
  l'esistenza e la locazione dello stack alternativo;
\item Quando si installa un gestore occorre usare \func{sigaction}
  specificando il flag \const{SA\_ONSTACK} (vedi tab.~\ref{tab:sig_sa_flag})
  per dire al sistema di usare lo stack alternativo durante l'esecuzione del
  gestore.
\end{enumerate}

In genere il primo passo viene effettuato allocando un'opportuna area di
memoria con \code{malloc}; in \file{signal.h} sono definite due costanti,
\const{SIGSTKSZ} e \const{MINSIGSTKSZ}, che possono essere utilizzate per
allocare una quantità di spazio opportuna, in modo da evitare overflow. La
prima delle due è la dimensione canonica per uno \itindex{stack} stack di
segnali e di norma è sufficiente per tutti gli usi normali.

La seconda è lo spazio che occorre al sistema per essere in grado di lanciare
il gestore e la dimensione di uno stack alternativo deve essere sempre
maggiore di questo valore. Quando si conosce esattamente quanto è lo spazio
necessario al gestore gli si può aggiungere questo valore per allocare uno
\itindex{stack} stack di dimensione sufficiente.

Come accennato, per poter essere usato, lo \itindex{stack} stack per i segnali
deve essere indicato al sistema attraverso la funzione \funcd{sigaltstack}; il
suo prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
{int sigaltstack(const stack\_t *ss, stack\_t *oss)}
  
Installa un nuovo stack per i segnali.
  
  \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[\errcode{ENOMEM}] la dimensione specificata per il nuovo stack è minore
  di \const{MINSIGSTKSZ}.
  \item[\errcode{EPERM}] uno degli indirizzi non è valido.
  \item[\errcode{EFAULT}] si è cercato di cambiare lo stack alternativo mentre
  questo è attivo (cioè il processo è in esecuzione su di esso).
  \item[\errcode{EINVAL}] \param{ss} non è nullo e \var{ss\_flags} contiene un
  valore diverso da zero che non è \const{SS\_DISABLE}.
  \end{errlist}}
\end{prototype}

La funzione prende come argomenti puntatori ad una struttura di tipo
\var{stack\_t}, definita in fig.~\ref{fig:sig_stack_t}. I due valori
\param{ss} e \param{oss}, se non nulli, indicano rispettivamente il nuovo
\itindex{stack} stack da installare e quello corrente (che viene restituito
dalla funzione per un successivo ripristino).

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includestruct{listati/stack_t.h}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La struttura \structd{stack\_t}.} 
  \label{fig:sig_stack_t}
\end{figure}

Il campo \var{ss\_sp} di \struct{stack\_t} indica l'indirizzo base dello
\itindex{stack} stack, mentre \var{ss\_size} ne indica la dimensione; il campo
\var{ss\_flags} invece indica lo stato dello stack. Nell'indicare un nuovo
stack occorre inizializzare \var{ss\_sp} e \var{ss\_size} rispettivamente al
puntatore e alla dimensione della memoria allocata, mentre \var{ss\_flags}
deve essere nullo.  Se invece si vuole disabilitare uno stack occorre indicare
\const{SS\_DISABLE} come valore di \var{ss\_flags} e gli altri valori saranno
ignorati.

Se \param{oss} non è nullo verrà restituito dalla funzione indirizzo e
dimensione dello \itindex{stack} stack corrente nei relativi campi, mentre
\var{ss\_flags} potrà assumere il valore \const{SS\_ONSTACK} se il processo è
in esecuzione sullo stack alternativo (nel qual caso non è possibile
cambiarlo) e \const{SS\_DISABLE} se questo non è abilitato.

In genere si installa uno \itindex{stack} stack alternativo per i segnali
quando si teme di avere problemi di esaurimento dello stack standard o di
superamento di un limite (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}) imposto con
chiamate del tipo \code{setrlimit(RLIMIT\_STACK, \&rlim)}.  In tal caso
infatti si avrebbe un segnale di \const{SIGSEGV}, che potrebbe essere gestito
soltanto avendo abilitato uno \itindex{stack} stack alternativo.

Si tenga presente che le funzioni chiamate durante l'esecuzione sullo stack
alternativo continueranno ad usare quest'ultimo, che, al contrario di quanto
avviene per lo \itindex{stack} stack ordinario dei processi, non si accresce
automaticamente (ed infatti eccederne le dimensioni può portare a conseguenze
imprevedibili).  Si ricordi infine che una chiamata ad una funzione della
famiglia \func{exec} cancella ogni stack alternativo.

Abbiamo visto in fig.~\ref{fig:sig_sleep_incomplete} come si possa usare
\func{longjmp} per uscire da un gestore rientrando direttamente nel corpo
del programma; sappiamo però che nell'esecuzione di un gestore il segnale
che l'ha invocato viene bloccato, e abbiamo detto che possiamo ulteriormente
modificarlo con \func{sigprocmask}. 

Resta quindi il problema di cosa succede alla maschera dei segnali quando si
esce da un gestore usando questa funzione. Il comportamento dipende
dall'implementazione; in particolare BSD prevede che sia ripristinata la
maschera dei segnali precedente l'invocazione, come per un normale ritorno,
mentre System V no.

Lo standard POSIX.1 non specifica questo comportamento per \func{setjmp} e
\func{longjmp}, ed il comportamento delle \acr{glibc} dipende da quale delle
caratteristiche si sono abilitate con le macro viste in
sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}.

Lo standard POSIX però prevede anche la presenza di altre due funzioni
\funcd{sigsetjmp} e \funcd{siglongjmp}, che permettono di decidere quale dei
due comportamenti il programma deve assumere; i loro prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{setjmp.h} 
  
  \funcdecl{int sigsetjmp(sigjmp\_buf env, int savesigs)} Salva il contesto
  dello stack per un \index{salto~non-locale} salto non-locale.
 
  \funcdecl{void siglongjmp(sigjmp\_buf env, int val)} Esegue un salto
  non-locale su un precedente contesto.

  \bodydesc{Le due funzioni sono identiche alle analoghe \func{setjmp} e
    \func{longjmp} di sez.~\ref{sec:proc_longjmp}, ma consentono di specificare
    il comportamento sul ripristino o meno della maschera dei segnali.}
\end{functions}

Le due funzioni prendono come primo argomento la variabile su cui viene
salvato il contesto dello \itindex{stack} stack per permettere il
\index{salto~non-locale} salto non-locale; nel caso specifico essa è di tipo
\type{sigjmp\_buf}, e non \type{jmp\_buf} come per le analoghe di
sez.~\ref{sec:proc_longjmp} in quanto in questo caso viene salvata anche la
maschera dei segnali.

Nel caso di \func{sigsetjmp}, se si specifica un valore di \param{savesigs}
diverso da zero la maschera dei valori sarà salvata in \param{env} e
ripristinata in un successivo \func{siglongjmp}; quest'ultima funzione, a
parte l'uso di \type{sigjmp\_buf} per \param{env}, è assolutamente identica a
\func{longjmp}.


\subsection{Criteri di programmazione per i gestori dei segnali}
\label{sec:sig_signal_handler}

Abbiamo finora parlato dei gestori dei segnali come funzioni chiamate in
corrispondenza della consegna di un segnale. In realtà un gestore non può
essere una funzione qualunque, in quanto esso può essere eseguito in
corrispondenza all'interruzione in un punto qualunque del programma principale,
ed ad esempio può essere problematico chiamare all'interno di un gestore di
segnali la stessa funzione che dal segnale è stata interrotta.

\index{funzioni~sicure|(}

Il concetto è comunque più generale e porta ad una distinzione fra quelle che
che POSIX chiama \textsl{funzioni insicure} (\textit{n'Usane function}) e
\textsl{funzioni sicure} (\textit{safe function}); quando un segnale
interrompe una funzione insicura ed il gestore chiama al suo interno una
funzione insicura il sistema può dare luogo ad un comportamento indefinito.

Tutto questo significa che un gestore di segnale deve essere programmato con
molta cura per evitare questa evenienza, pertanto è non è possibile chiamare
al suo interno una funzione qualunque, e si può ricorrere soltanto all'uso di
funzioni sicure.

L'elenco delle funzioni sicure varia a secondo dello standard a cui si fa
riferimento, secondo quanto riportato dallo standard POSIX 1003.1 nella
revisione del 2003, le ``\textit{signal safe function}'' che possono essere
chiamate anche all'interno di un gestore di segnali sono quelle della lista
riportata in fig.~\ref{fig:sig_safe_functions}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \func{\_exit}, \func{abort}, \func{accept}, \func{access},
    \func{aio\_error} \func{aio\_return}, \func{aio\_suspend}, \func{alarm},
    \func{bind}, \func{cfgetispeed}, \func{cfgetospeed}, \func{cfsetispeed},
    \func{cfsetospeed}, \func{chdir}, \func{chmod}, \func{chown},
    \func{clock\_gettime}, \func{close}, \func{connect}, \func{creat},
    \func{dup}, \func{dup2}, \func{execle}, \func{execve}, \func{fchmod},
    \func{fchown}, \func{fcntl}, \func{fdatasync}, \func{fork},
    \func{fpathconf}, \func{fstat}, \func{fsync}, \func{ftruncate},
    \func{getegid}, \func{geteuid}, \func{getgid}, \func{getgroups},
    \func{getpeername}, \func{getpgrp}, \func{getpid}, \func{getppid},
    \func{getsockname}, \func{getsockopt}, \func{getuid}, \func{kill},
    \func{link}, \func{listen}, \func{lseek}, \func{lstat}, \func{mkdir},
    \func{mkfifo}, \func{open}, \func{pathconf}, \func{pause}, \func{pipe},
    \func{poll}, \func{posix\_trace\_event}, \func{pselect}, \func{raise},
    \func{read}, \func{readlink}, \func{recv}, \func{recvfrom},
    \func{recvmsg}, \func{rename}, \func{rmdir}, \func{select},
    \func{sem\_post}, \func{send}, \func{sendmsg}, \func{sendto},
    \func{setgid}, \func{setpgid}, \func{setsid}, \func{setsockopt},
    \func{setuid}, \func{shutdown}, \func{sigaction}, \func{sigaddset},
    \func{sigdelset}, \func{sigemptyset}, \func{sigfillset},
    \func{sigismember}, \func{signal}, \func{sigpause}, \func{sigpending},
    \func{sigprocmask}, \func{sigqueue}, \func{sigset}, \func{sigsuspend},
    \func{sleep}, \func{socket}, \func{socketpair}, \func{stat},
    \func{symlink}, \func{sysconf}, \func{tcdrain}, \func{tcflow},
    \func{tcflush}, \func{tcgetattr}, \func{tcgetgrp}, \func{tcsendbreak},
    \func{tcsetattr}, \func{tcsetpgrp}, \func{time}, \func{timer\_getoverrun},
    \func{timer\_gettime}, \func{timer\_settime}, \func{times}, \func{umask},
    \func{uname}, \func{unlink}, \func{utime}, \func{wait}, \func{waitpid},
    \func{write}.
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{Elenco delle funzioni sicure secondo lo standard POSIX
    1003.1-2003.}
  \label{fig:sig_safe_functions}
\end{figure}

\index{funzioni~sicure|)}

Per questo motivo è opportuno mantenere al minimo indispensabile le operazioni
effettuate all'interno di un gestore di segnali, qualora si debbano compiere
operazioni complesse è sempre preferibile utilizzare la tecnica in cui si usa
il gestore per impostare il valore di una qualche variabile globale, e poi si
eseguono le operazioni complesse nel programma verificando (con tutti gli
accorgimenti visti in precedenza) il valore di questa variabile tutte le volte
che si è rilevata una interruzione dovuta ad un segnale.


\section{Funzionalità avanzate}
\label{sec:sig_real_time}


Tratteremo in questa ultima sezione alcune funzionalità avanzate relativa ai
segnali ed in generale ai meccanismi di notifica, a partire dalla funzioni
introdotte per la gestione dei cosiddetti ``\textsl{segnali real-time}'', alla
gestione avanzata delle temporizzazioni e le nuove interfacce per la gestione
di segnali ed eventi attraverso l'uso di file descriptor.

\subsection{I segnali real-time}
\label{sec:sig_real_time}

Lo standard POSIX.1b, nel definire una serie di nuove interfacce per i servizi
real-time, ha introdotto una estensione del modello classico dei segnali che
presenta dei significativi miglioramenti,\footnote{questa estensione è stata
  introdotta in Linux a partire dal kernel 2.1.43(?), e dalle \acr{glibc}
  2.1(?).} in particolare sono stati superati tre limiti fondamentali dei
segnali classici:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{1cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
\item[I segnali non sono accumulati] 
  se più segnali vengono generati prima dell'esecuzione di un gestore
  questo sarà eseguito una sola volta, ed il processo non sarà in grado di
  accorgersi di quante volte l'evento che ha generato il segnale è accaduto;
\item[I segnali non trasportano informazione]   
  i segnali classici non prevedono altra informazione sull'evento
  che li ha generati se non il fatto che sono stati emessi (tutta
  l'informazione che il kernel associa ad un segnale è il suo numero);
\item[I segnali non hanno un ordine di consegna] 
  l'ordine in cui diversi segnali vengono consegnati è casuale e non
  prevedibile. Non è possibile stabilire una priorità per cui la reazione a
  certi segnali ha la precedenza rispetto ad altri.
\end{basedescript}


Per poter superare queste limitazioni lo standard ha introdotto delle nuove
caratteristiche, che sono state associate ad una nuova classe di segnali, che
vengono chiamati \textsl{segnali real-time}, in particolare le funzionalità
aggiunte sono:

\begin{enumerate}
\item i segnali sono inseriti in una coda che permette di consegnare istanze
  multiple dello stesso segnale qualora esso venga inviato più volte prima
  dell'esecuzione del gestore; si assicura così che il processo riceva un
  segnale per ogni occorrenza dell'evento che lo genera.
\item è stata introdotta una priorità nella consegna dei segnali: i segnali
  vengono consegnati in ordine a seconda del loro valore, partendo da quelli
  con un numero minore, che pertanto hanno una priorità maggiore.
\item è stata introdotta la possibilità di restituire dei dati al gestore,
  attraverso l'uso di un apposito campo \var{si\_value} nella struttura
  \struct{siginfo\_t}, accessibile tramite gestori di tipo
  \var{sa\_sigaction}.
\end{enumerate}

Queste nuove funzionalità (eccetto l'ultima, che, come vedremo, è parzialmente
disponibile anche con i segnali ordinari) si applicano solo ai nuovi segnali
real-time; questi ultimi sono accessibili in un range di valori specificati
dalle due macro \const{SIGRTMIN} e \const{SIGRTMAX},\footnote{in Linux di
  solito (cioè sulla piattaforma i386) il primo valore è 33, ed il secondo
  \code{\_NSIG-1}, che di norma è 64, per un totale di 32 segnali disponibili,
  contro gli almeno 8 richiesti da POSIX.1b.} che specificano il numero minimo
e massimo associato ad un segnale real-time.

I segnali con un numero più basso hanno una priorità maggiore e vengono
consegnati per primi, inoltre i segnali real-time non possono interrompere
l'esecuzione di un gestore di un segnale a priorità più alta; la loro azione
predefinita è quella di terminare il programma.  I segnali ordinari hanno
tutti la stessa priorità, che è più alta di quella di qualunque segnale
real-time.

Si tenga presente che questi nuovi segnali non sono associati a nessun evento
specifico, a meno di non utilizzarli in meccanismi di notifica come quelli per
l'I/O asincrono (vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}) o per le code di
messaggi POSIX (vedi sez.~\ref{sec:ipc_posix_mq}); pertanto devono essere
inviati esplicitamente. 

Inoltre, per poter usufruire della capacità di restituire dei dati, i relativi
gestori devono essere installati con \func{sigaction}, specificando per
\var{sa\_flags} la modalità \const{SA\_SIGINFO} che permette di utilizzare la
forma estesa \var{sa\_sigaction} (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).  In
questo modo tutti i segnali real-time possono restituire al gestore una serie
di informazioni aggiuntive attraverso l'argomento \struct{siginfo\_t}, la cui
definizione è stata già vista in fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}, nella
trattazione dei gestori in forma estesa.

In particolare i campi utilizzati dai segnali real-time sono \var{si\_pid} e
\var{si\_uid} in cui vengono memorizzati rispettivamente il \acr{pid} e
l'user-ID effettivo del processo che ha inviato il segnale, mentre per la
restituzione dei dati viene usato il campo \var{si\_value}.

Questo è una \ctyp{union} di tipo \struct{sigval\_t} (la sua definizione è in
fig.~\ref{fig:sig_sigval}) in cui può essere memorizzato o un valore numerico,
se usata nella forma \var{sival\_int}, o un indirizzo, se usata nella forma
\var{sival\_ptr}. L'unione viene usata dai segnali real-time e da vari
meccanismi di notifica\footnote{un campo di tipo \struct{sigval\_t} è presente
  anche nella struttura \struct{sigevent} che viene usata dai meccanismi di
  notifica come quelli per l'I/O asincrono (vedi
  sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}) o le code di messaggi POSIX (vedi
  sez.~\ref{sec:ipc_posix_mq}).} per restituire dati al gestore del segnale; in
alcune definizioni essa viene identificata anche come \code{union sigval}.

\begin{figure}[!htb]
  \footnotesize \centering
  \begin{minipage}[c]{15cm}
    \includestruct{listati/sigval_t.h}
  \end{minipage} 
  \normalsize 
  \caption{La unione \structd{sigval\_t}.}
  \label{fig:sig_sigval}
\end{figure}

A causa delle loro caratteristiche, la funzione \func{kill} non è adatta ad
inviare segnali real-time, poiché non è in grado di fornire alcun valore
per \struct{sigval\_t}; per questo motivo lo standard ha previsto una nuova
funzione, \funcd{sigqueue}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
  {int sigqueue(pid\_t pid, int signo, const sigval\_t value)}
  
  Invia il segnale \param{signo} al processo \param{pid}, restituendo al
  gestore il valore \param{value}.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EAGAIN}] la coda è esaurita, ci sono già
    \const{SIGQUEUE\_MAX} segnali in attesa si consegna.
  \item[\errcode{EPERM}] non si hanno privilegi appropriati per inviare il
    segnale al processo specificato.
  \item[\errcode{ESRCH}] il processo \param{pid} non esiste.
  \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per
    \param{signo}.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}

Il comportamento della funzione è analogo a quello di \func{kill}, ed i
privilegi occorrenti ad inviare il segnale ad un determinato processo sono gli
stessi; un valore nullo di \param{signo} permette di verificare le condizioni
di errore senza inviare nessun segnale.

Se il segnale è bloccato la funzione ritorna immediatamente, se si è
installato un gestore con \const{SA\_SIGINFO} e ci sono risorse disponibili,
(vale a dire che c'è posto\footnote{la profondità della coda è indicata dalla
  costante \const{SIGQUEUE\_MAX}, una della tante costanti di sistema definite
  dallo standard POSIX che non abbiamo riportato esplicitamente in
  sez.~\ref{sec:sys_limits}; il suo valore minimo secondo lo standard,
  \const{\_POSIX\_SIGQUEUE\_MAX}, è pari a 32. Nel caso di Linux questo è uno
  dei parametri del kernel impostabili sia con \func{sysctl}, che scrivendolo
  direttamente in \procfile{/proc/sys/kernel/rtsig-max}, il valore predefinito
  è di 1024.} nella coda dei segnali real-time) esso viene inserito e diventa
pendente; una volta consegnato riporterà nel campo \var{si\_code} di
\struct{siginfo\_t} il valore \const{SI\_QUEUE} e il campo \var{si\_value}
riceverà quanto inviato con \param{value}. Se invece si è installato un
gestore nella forma classica il segnale sarà generato, ma tutte le
caratteristiche tipiche dei segnali real-time (priorità e coda) saranno perse.

Lo standard POSIX.1b definisce inoltre delle nuove funzioni che permettono di
gestire l'attesa di segnali specifici su una coda, esse servono in particolar
modo nel caso dei thread, in cui si possono usare i segnali real-time come
meccanismi di comunicazione elementare; la prima di queste funzioni è
\funcd{sigwait}, il cui prototipo è:
\begin{prototype}{signal.h}
  {int sigwait(const sigset\_t *set, int *sig)}
  
  Attende che uno dei segnali specificati in \param{set} sia pendente.
  
  \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta.
  \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per
    \param{set}.
  \end{errlist}
  ed inoltre \errval{EFAULT}.}
\end{prototype}

La funzione estrae dall'insieme dei segnali pendenti uno qualunque dei segnali
specificati da \param{set}, il cui valore viene restituito in \param{sig}.  Se
sono pendenti più segnali, viene estratto quello a priorità più alta (cioè con
il numero più basso). Se, nel caso di segnali real-time, c'è più di un segnale
pendente, ne verrà estratto solo uno. Una volta estratto il segnale non verrà
più consegnato, e se era in una coda il suo posto sarà liberato.  Se non c'è
nessun segnale pendente il processo viene bloccato fintanto che non ne arriva
uno.

Per un funzionamento corretto la funzione richiede che alla sua chiamata i
segnali di \param{set} siano bloccati. In caso contrario si avrebbe un
conflitto con gli eventuali gestori: pertanto non si deve utilizzare per
lo stesso segnale questa funzione e \func{sigaction}. Se questo non avviene il
comportamento del sistema è indeterminato: il segnale può sia essere
consegnato che essere ricevuto da \func{sigwait}, il tutto in maniera non
prevedibile.

Lo standard POSIX.1b definisce altre due funzioni, anch'esse usate
prevalentemente con i thread; \funcd{sigwaitinfo} e \funcd{sigtimedwait}, i
relativi prototipi sono:
\begin{functions}
  \headdecl{signal.h}   

  \funcdecl{int sigwaitinfo(const sigset\_t *set, siginfo\_t *info)}  
  
  Analoga a \func{sigwait}, ma riceve anche le informazioni associate al
  segnale in \param{info}.
  
  \funcdecl{int sigtimedwait(const sigset\_t *set, siginfo\_t *value, const
    struct timespec *info)}
  
  Analoga a \func{sigwaitinfo}, con un la possibilità di specificare un
  timeout in \param{timeout}.

  
  \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
    errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già visti per
    \func{sigwait}, ai quali si aggiunge, per \func{sigtimedwait}:
  \begin{errlist}
  \item[\errcode{EAGAIN}] si è superato il timeout senza che un segnale atteso
    fosse emesso.
  \end{errlist}
}
\end{functions}

Entrambe le funzioni sono estensioni di \func{sigwait}. La prima permette di
ricevere, oltre al numero del segnale, anche le informazioni ad esso associate
tramite \param{info}; in particolare viene restituito il numero del segnale
nel campo \var{si\_signo}, la sua causa in \var{si\_code}, e se il segnale è
stato immesso sulla coda con \func{sigqueue}, il valore di ritorno ad esso
associato viene riportato in \var{si\_value}, che altrimenti è indefinito. 

La seconda è identica alla prima ma in più permette di specificare un timeout,
scaduto il quale ritornerà con un errore. Se si specifica un puntatore nullo
il comportamento sarà identico a \func{sigwaitinfo}, se si specifica un tempo
di timeout nullo, e non ci sono segnali pendenti la funzione ritornerà
immediatamente; in questo modo si può eliminare un segnale dalla coda senza
dover essere bloccati qualora esso non sia presente.

L'uso di queste funzioni è principalmente associato alla gestione dei segnali
con i thread. In genere esse vengono chiamate dal thread incaricato della
gestione, che al ritorno della funzione esegue il codice che usualmente
sarebbe messo nel gestore, per poi ripetere la chiamata per mettersi in attesa
del segnale successivo. Questo ovviamente comporta che non devono essere
installati gestori, che solo il thread di gestione deve usare \func{sigwait} e
che, per evitare che venga eseguita l'azione predefinita, i segnali gestiti in
questa maniera devono essere mascherati per tutti i thread, compreso quello
dedicato alla gestione, che potrebbe riceverlo fra due chiamate successive.


\subsection{La gestione avanzata delle temporizzazioni}
\label{sec:sig_timer_adv}

% TODO trattare i Posix timer, e le fuzioni:
% clock_getres clock_gettime clock_settime (vedi man page)
% timer_getoverrun, timer_gettime, timer_settime, timer_create, timer_delete


\subsection{Le interfacce per la notifica attraverso i file descriptor}
\label{sec:sig_signalfd_eventfd}


% TODO trattare qui eventfd signalfd e timerfd introdotte con il 2.6.22 
% timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
% vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
%       http://lwn.net/Articles/245533/
%       http://lwn.net/Articles/267331/




% LocalWords:  kernel POSIX timer shell control ctrl kill raise signal handler
% LocalWords:  reliable unreliable fig race condition sez struct process table
% LocalWords:  delivered pending scheduler sigpending l'I suspend SIGKILL wait
% LocalWords:  SIGSTOP sigaction waitpid dump stack debugger nell'header NSIG
% LocalWords:  tab BSD SUSv SIGHUP PL Hangup SIGINT Interrupt SIGQUIT Quit AEF
% LocalWords:  SIGILL SIGABRT abort SIGFPE SIGSEGV SIGPIPE SIGALRM alarm SIGUSR
% LocalWords:  SIGTERM SIGCHLD SIGCONT SIGTSTP SIGTTIN SIGTTOU SIGBUS bad SL of
% LocalWords:  memory access SIGPOLL Pollable event Sys SIGIO SIGPROF profiling
% LocalWords:  SIGSYS SVID SIGTRAP breakpoint SIGURG urgent socket Virtual IOT
% LocalWords:  clock SIGXCPU SIGXFSZ SIGIOT trap SIGEMT SIGSTKFLT SIGCLD SIGPWR
% LocalWords:  SIGINFO SIGLOST lock NFS SIGWINCH Sun SIGUNUSED fault point heap
% LocalWords:  exception l'overflow illegal instruction overflow segment error
% LocalWords:  violation system call interrupt INTR hang SIGVTALRM virtual SUSP
% LocalWords:  profilazione fcntl descriptor sleep interactive Broken FIFO lost
% LocalWords:  EPIPE Resource advisory client limit exceeded size window change
% LocalWords:  strsignal psignal SOURCE strerror string char int signum perror
% LocalWords:  void sig const sys siglist L'array decr fork exec DFL IGN ioctl
% LocalWords:  EINTR glibc TEMP FAILURE RETRY expr multitasking SVr sighandler
% LocalWords:  ERR libc bsd sysv XOPEN EINVAL pid errno ESRCH EPERM getpid init
% LocalWords:  killpg pidgrp group unistd unsigned seconds all' setitimer which
% LocalWords:  itimerval value ovalue EFAULT ITIMER it interval timeval ms VIRT
% LocalWords:  getitimer stdlib stream atexit exit usleep long usec nanosleep
% LocalWords:  timespec req rem HZ scheduling SCHED RR SigHand forktest WNOHANG
% LocalWords:  deadlock longjmp setjmp sigset sigemptyset sigfillset sigaddset
% LocalWords:  sigdelset sigismember act oldact restorer mask NOCLDSTOP ONESHOT
% LocalWords:  RESETHAND RESTART NOMASK NODEFER ONSTACK sigcontext union signo
% LocalWords:  siginfo bits uid addr fd inline like blocked atomic sigprocmask
% LocalWords:  how oldset BLOCK UNBLOCK SETMASK sigsuspend sigaltstack malloc
% LocalWords:  SIGSTKSZ MINSIGSTKSZ ss oss ENOMEM flags DISABLE sp setrlimit LB
% LocalWords:  RLIMIT rlim sigsetjmp siglongjmp sigjmp buf env savesigs jmp ptr
% LocalWords:  SIGRTMIN SIGRTMAX sigval sigevent sigqueue EAGAIN sysctl safe
% LocalWords:  QUEUE thread sigwait sigwaitinfo sigtimedwait info DEF SLB bind
% LocalWords:  function accept return cfgetispeed cfgetospeed cfsetispeed chdir
% LocalWords:  cfsetospeed chmod chown gettime close connect creat dup execle
% LocalWords:  execve fchmod fchown fdatasync fpathconf fstat fsync ftruncate
% LocalWords:  getegid geteuid getgid getgroups getpeername getpgrp getppid sem
% LocalWords:  getsockname getsockopt getuid listen lseek lstat mkdir mkfifo
% LocalWords:  pathconf poll posix pselect read readlink recv recvfrom recvmsg
% LocalWords:  rename rmdir select send sendmsg sendto setgid setpgid setsid
% LocalWords:  setsockopt setuid shutdown sigpause socketpair stat symlink page
% LocalWords:  sysconf tcdrain tcflow tcflush tcgetattr tcgetgrp tcsendbreak
% LocalWords:  tcsetattr tcsetpgrp getoverrun times umask uname unlink utime
% LocalWords:  write sival SIVGTALRM NOCLDWAIT


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