+%% fileadv.tex
+%%
+%% Copyright (C) 2000-2002 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 "Prefazione",
+%% 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{La gestione avanzata dei file}
\label{cha:file_advanced}
Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
affrontare nelle operazioni di I/O, che è quello che si verifica quando si
devono eseguire operazioni che possono bloccarsi su più file descriptor:
-mentre si è bloccati su uno di questi file su di un'altro potrebbero essere
-presenti dei dati, così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura
-ritardata inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un
-deadlock.
+mentre si è bloccati su uno di essi su di un'altro potrebbero essere presenti
+dei dati; così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura ritardata
+inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un
+\textit{deadlock}.
-Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che però è possibile prevenire
+Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile prevenire
questo tipo di comportamento aprendo un file in modalità
-\textsl{non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \macro{O\_NONBLOCK} nella
+\textsl{non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \const{O\_NONBLOCK} nella
chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output che
altrimenti si sarebbero bloccate ritornano immediatamente, restituendo
-l'errore \macro{EAGAIN}.
+l'errore \errcode{EAGAIN}.
L'utilizzo di questa modalità di I/O permette di risolvere il problema
controllando a turno i vari file descriptor, in un ciclo in cui si ripete
l'accesso fintanto che esso non viene garantito. Ovviamente questa tecnica,
-detta \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
-impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle system call che
-nella gran parte dei casi falliranno. Per evitare questo, come vedremo in
-\secref{sec:file_multiplexing}, è stata introdotta una nuova interfaccia di
-programmazione, che comporta comunque l'uso della modalità di I/O non
-bloccante.
+detta \textit{polling}\index{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene
+costantemente impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle system
+call che nella gran parte dei casi falliranno. Per evitare questo, come
+vedremo in \secref{sec:file_multiplexing}, è stata introdotta una nuova
+interfaccia di programmazione, che comporta comunque l'uso della modalità di
+I/O non bloccante.
\subsection{L'I/O multiplexing}
\label{sec:file_multiplexing}
-Per superare il problema di dover usare il \textit{polling} per controllare la
-possibilità di effettuare operazioni su un file aperto in modalità non
-bloccante, sia BSD che System V hanno introdotto delle nuove funzioni in grado
-di sospendere l'esecuzione di un processo in attesa che l'accesso diventi
-possibile. Il primo ad introdurre questa modalità di operazione, chiamata
-usualmente \textit{I/O multiplexing}, è stato BSD,\footnote{la funzione è
- apparsa in BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i
- sistemi che supportano i \textit{socket}, compreso le varianti di System V.}
-con la funzione \func{select}, il cui prototipo è:
+Per superare il problema di dover usare il \textit{polling}\index{polling} per
+controllare la possibilità di effettuare operazioni su un file aperto in
+modalità non bloccante, sia BSD che System V hanno introdotto delle nuove
+funzioni in grado di sospendere l'esecuzione di un processo in attesa che
+l'accesso diventi possibile. Il primo ad introdurre questa modalità di
+operazione, chiamata usualmente \textit{I/O multiplexing}, è stato
+BSD,\footnote{la funzione è apparsa in BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è
+ stata portata su tutti i sistemi che supportano i \textit{socket}, compreso
+ le varianti di System V.} con la funzione \func{select}, il cui prototipo
+è:
\begin{functions}
\headdecl{sys/time.h}
\headdecl{sys/types.h}
\bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
- caso \var{errno} viene settata ai valori:
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
degli insiemi.
- \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
\end{errlist}
- ed inoltre \macro{ENOMEM}.
+ ed inoltre \errval{ENOMEM}.
}
\end{functions}
La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
\tabref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
-degli insiemo specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
+degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
\param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
\param{timeout}.
\end{functions}
In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
-\macro{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
+\const{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma
quando, come nelle versioni più recenti del kernel, non c'è più un limite
La funzione inoltre richiede anche di specificare, tramite l'argomento
\param{n}, un valore massimo del numero dei file descriptor usati
-nell'insieme; si può usare il già citato \macro{FD\_SETSIZE}, oppure il numero
+nell'insieme; si può usare il già citato \const{FD\_SETSIZE}, oppure il numero
più alto dei file descriptor usati nei tre insiemi, aumentato di uno.
Infine l'argomento \param{timeout}, specifica un tempo massimo di
attesa\footnote{il tempo è valutato come \textit{elapsed time}.} prima che la
-funzione ritorni; se settato a \macro{NULL} la funzione attende
+funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la funzione attende
indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una \var{struct
- timeval} con i campi settati a zero), qualora si voglia semplicemente
+ timeval} con i campi impostati a zero), qualora si voglia semplicemente
controllare lo stato corrente dei file descriptor.
La funzione restituisce il totale dei file descriptor pronti nei tre insiemi,
il valore zero indica sempre che si è raggiunto un timeout. Ciascuno dei tre
insiemi viene sovrascritto per indicare quale file descriptor è pronto per le
operazioni ad esso relative, in modo da poterlo controllare con la macro
-\macro{FD\_ISSET}. In caso di errore la funzione restituisce -1 e gli insiemi
+\const{FD\_ISSET}. In caso di errore la funzione restituisce -1 e gli insiemi
non vengono toccati.
-In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout}, settandolo
-al tempo restante; questo è utile quando la funzione viene interrotta da un
-segnale, in tal caso infatti si ha un errore di \macro{EINTR}, ed occorre
-rilanciare la funzione; in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le
-volte il tempo rimanente.\footnote{questo può causare problemi di portabilità
- sia quando si trasporta codice scritto su Linux che legge questo valore, sia
- quando si usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di
- questa caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In
- genere la caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da System V
- e non disponibile per quelli che derivano da BSD.}
+In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
+impostandolo al tempo restante; questo è utile quando la funzione viene
+interrotta da un segnale, in tal caso infatti si ha un errore di
+\errcode{EINTR}, ed occorre rilanciare la funzione; in questo modo non è
+necessario ricalcolare tutte le volte il tempo rimanente.\footnote{questo può
+ causare problemi di portabilità sia quando si trasporta codice scritto su
+ Linux che legge questo valore, sia quando si usano programmi scritti per
+ altri sistemi che non dispongono di questa caratteristica e ricalcolano
+ \param{timeout} tutte le volte. In genere la caratteristica è disponibile
+ nei sistemi che derivano da System V e non disponibile per quelli che
+ derivano da BSD.}
Come accennato l'interfaccia di \func{select} è una estensione di BSD; anche
System V ha introdotto una sua interfaccia per gestire l'\textit{I/O
multiplexing}, basata sulla funzione \func{poll},\footnote{la funzione è
prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
- call a partire dal kernel 2.1.23 e dalle libc 5.4.28.} il cui prototipo è:
+ call a partire dal kernel 2.1.23 e dalle \acr{libc} 5.4.28.} il cui
+prototipo è:
\begin{prototype}{sys/poll.h}
{int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
\bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività in
caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout; in caso di errore viene
- restituito -1 ed \var{errno} viene settata ai valori:
+ restituito -1 ed \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
degli insiemi.
- \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
\end{errlist}
- ed inoltre \macro{EFAULT} e \macro{ENOMEM}.}
+ ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}
La funzione tiene sotto controllo un numero \param{ndfs} di file descriptor
\type{pollfd}, la cui definizione è riportata in \figref{fig:file_pollfd}.
Come \func{select} anche \func{poll} permette di interrompere l'attesa dopo un
certo tempo, che va specificato attraverso \param{timeout} in numero di
-millesecondi (un valore negativo indica un'attesa indefinita).
+millisecondi (un valore negativo indica un'attesa indefinita).
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\textbf{Flag} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \macro{POLLIN} & 0x001 & È possibile la lettura immediata.\\
- \macro{POLLPRI} & 0x002 & Sono presenti dati urgenti.\\
- \macro{POLLOUT} & 0x004 & È possibile la scrittura immediata.\\
+ \const{POLLIN} & 0x001 & È possibile la lettura immediata.\\
+ \const{POLLPRI} & 0x002 & Sono presenti dati urgenti.\\
+ \const{POLLOUT} & 0x004 & È possibile la scrittura immediata.\\
\hline
- \macro{POLLERR} & 0x008 & C'è una condizione di errore.\\
- \macro{POLLHUP} & 0x010 & Si è vericato un hung-up.\\
- \macro{POLLNVAL} & 0x020 & Il file descriptor non è aperto.\\
+ \const{POLLERR} & 0x008 & C'è una condizione di errore.\\
+ \const{POLLHUP} & 0x010 & Si è verificato un hung-up.\\
+ \const{POLLNVAL} & 0x020 & Il file descriptor non è aperto.\\
\hline
- \macro{POLLRDNORM}& 0x040 & Sono disponibili in lettura dati normali.\\
- \macro{POLLRDBAND}& 0x080 & Sono disponibili in lettura dati ad alta
+ \const{POLLRDNORM}& 0x040 & Sono disponibili in lettura dati normali.\\
+ \const{POLLRDBAND}& 0x080 & Sono disponibili in lettura dati ad alta
priorità. \\
- \macro{POLLWRNORM}& 0x100 & È possibile la scrittura di dati normali. \\
- \macro{POLLWRBAND}& 0x200 & È possibile la scrittura di dati ad
+ \const{POLLWRNORM}& 0x100 & È possibile la scrittura di dati normali. \\
+ \const{POLLWRBAND}& 0x200 & È possibile la scrittura di dati ad
alta priorità. \\
- \macro{POLLMSG} & 0x400 & Estensione propria di Linux.\\
+ \const{POLLMSG} & 0x400 & Estensione propria di Linux.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
\end{table}
La funzione ritorna, restituendo il numero di file per i quali si è verificata
-una delle condizioni di attesa richieste o un errore. Lo stato dei file
+una delle condizioni di attesa richieste od un errore. Lo stato dei file
all'uscita della funzione viene restituito nel campo \var{revents} della
-relativa struttura \type{pollfd}, che viene settato alla maschera binaria dei
-valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags}, ed oltre alle tre
+relativa struttura \type{pollfd}, che viene impostato alla maschera binaria
+dei valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags}, ed oltre alle tre
condizioni specificate tramite \var{events} può riportare anche l'occorrere di
una condizione di errore.
sostituisce i precedenti, ed aggiunge a \func{select} una nuova funzione
\func{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
- 2.0. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
+ 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
\acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
\acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
\bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
- caso \var{errno} viene settata ai valori:
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
degli insiemi.
- \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
\end{errlist}
- ed inoltre \macro{ENOMEM}.}
+ ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}
La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
race condition\footnote{in Linux però, non esistendo una system call apposita,
la funzione è implementata nelle \acr{glibc} usando \func{select}, e la
possibilità di una race condition resta.} quando si deve eseguire un test su
-una variabile settata da un manipolatore sulla base dell'occorrenza di un
+una variabile assegnata da un manipolatore sulla base dell'occorrenza di un
segnale per decidere se lanciare \func{select}. Fra il test e l'esecuzione è
presente una finestra in cui potrebbe arrivare il segnale che non sarebbe
rilevato; la race condition diventa superabile disabilitando il segnale prima
-\subsection{L'\textsl{I/O asincrono}}
+\subsection{L'I/O asincrono}
\label{sec:file_asyncronous_io}
Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} è quella di
operazioni di calcolo e quelle di I/O.
Abbiamo accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile, attraverso l'uso
-del flag \macro{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \macro{O\_ASYNC} e dei
- comandi \macro{F\_SETOWN} e \macro{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è specifico
+del flag \const{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \const{O\_ASYNC} e dei
+ comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è specifico
di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è possibile
-attivare in un secondo tempo questa modalità settando questo flag attraverso
-l'uso di \func{fcntl} con il comando \macro{F\_SETFL} (vedi
+attivare in un secondo tempo questa modalità impostando questo flag attraverso
+l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
\secref{sec:file_fcntl}).
In realtà in questo caso non si tratta di I/O asincrono vero e proprio, quanto
di un meccanismo asincrono di notifica delle variazione dello stato del file
descriptor; quello che succede è che il sistema genera un segnale (normalmente
-\macro{SIGIO}, ma è possibile usarne altri) tutte le volte che diventa
+\const{SIGIO}, ma è possibile usarne altri) tutte le volte che diventa
possibile leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in questa
-modalità. Si può inoltre selezionare, con il comando \macro{F\_SETOWN} di
-\func{fcntl}, quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale.
-
-Uno dei problemi che si presenta con l'implementazione usuale di questa
-modalità di I/O è che essa può essere usata in maniera immediata aprendo in
-modalità asincrona un solo file per processo, altrimenti ad ogni segnale si
-dovrebbe provvedere ad effettuare un controllo (utilizzando di nuovo
-\func{select}) su tutti i file tenuti in modalità asincrona per distinguere
-quelli cui è dovuta l'emissione del segnale.
-
-Linux però supporta una estensione che permette di evitare tutto questo
-facendo ricorso alle informazioni aggiuntive restituite attraverso la
-struttura \type{siginfo\_t} quando il manipolatore del segnale viene
-installato come \macro{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
+modalità. Si può inoltre selezionare, con il comando \const{F\_SETOWN} di
+\func{fcntl}, quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale.
+
+In questo modo si può evitare l'uso delle funzioni \func{poll} o \func{select}
+che, quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non
+hanno buone prestazioni. In tal caso infatti la maggior parte del loro tempo
+di esecuzione è impegnato ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor
+tenuti sotto controllo per determinare quali di essi (in genere una piccola
+percentuale) sono diventati attivi.
+
+Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
+presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando sono
+più di uno, qual'è il file descriptor responsabile dell'emissione del segnale.
+Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali che permettono di
+superare il problema facendo ricorso alle informazioni aggiuntive restituite
+attraverso la struttura \type{siginfo\_t}, utilizzando la forma estesa
+\var{sa\_sigaction} del manipolatore (si riveda quanto illustrato in
\secref{sec:sig_sigaction}).
-Per attivare questa caratteristica occorre settare esplicitamente il segnale
-da inviare in caso di I/O asincrono (di norma sempre \macro{SIGIO}) con il
-comando \macro{F\_SETSIG} di \func{fcntl}. In questo caso il manipolatore
-tutte le volte che riceverà \macro{SI\_SIGIO} come valore del campo
-\var{si\_code}\footnote{il valore resta \macro{SI\_SIGIO} qualunque sia il
- segnale che si è associato all'I/O asincrono, ed indica appunto che il
+Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
+(vedi \secref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
+\const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
+I/O asincrono (il segnale predefinito è \const{SIGIO}). In questo caso il
+manipolatore tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del
+campo \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia
+ il segnale che si è associato all'I/O asincrono, ed indica appunto che il
segnale è stato generato a causa di attività nell'I/O asincrono.} di
\type{siginfo\_t}, troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file
-descriptor che ha generato il segnale. In questo modo è possibile identificare
-immediatamente il file evitando completamente l'uso di funzioni come
-\func{poll} o \func{select}. Inoltre, a differenza degli altri segnali, il
-sistema mantiene una coda per \macro{SIGIO}, in modo che arrivi un segnale per
-ogni file attivo.
+descriptor che ha generato il segnale.
+
+Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo dotati di
+una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo file descriptor;
+inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella risposta a seconda del
+segnale usato. In questo modo si può identificare immediatamente un file su
+cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di funzioni
+come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura la coda;
+si eccedono le dimensioni di quest'ultima; in tal caso infatti il kernel, non
+potendo più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time,
+invierà al suo posto un \var{SIGIO}, su cui si accumuleranno tutti i segnali
+in eccesso, e si dovrà determinare al solito modo quali sono i file diventati
+attivi.
Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
le funzioni di I/O sono system call lente), essa è comunque limitata alla
notifica della disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e
non ad uno svolgimento asincrono delle medesime. Lo standard POSIX.1b
-definisce invece una interfaccia apposita per l'I/O asincrono, che prevede un
-insieme di funzioni dedicate, completamente separato rispetto a quelle usate
+definisce anche una interfaccia apposita per l'I/O asincrono, che prevede un
+insieme di funzioni dedicate, completamente separate rispetto a quelle usate
normalmente.
In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
di thread. Al momento\footnote{fino ai kernel della serie 2.4.x, nella serie
2.5.x è però iniziato un lavoro completo di riscrittura di tutto il sistema
di I/O, che prevede anche l'introduzione di un nuovo layer per l'I/O
- asincrono.} esiste una sola versione stabile, quella delle \acr{glibc}, che
-è realizzata completamente in user space; esistono comunque vari progetti
+ asincrono (effettuato a partire dal 2.5.32).} esiste una sola versione
+stabile di questa interfaccia, quella delle \acr{glibc}, che è realizzata
+completamente in user space. Esistono comunque vari progetti sperimentali
(come il KAIO della SGI, o i patch di Benjamin La Haise) che prevedono un
-supporto diretto all'interno del kernel.
+supporto diretto da parte del kernel.
+Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
+attraverso l'uso di una apposita struttura \type{aiocb} (il cui nome sta per
+\textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
+tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
+\file{aio.h}, è riportata in \figref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
+definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
+disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct aiocb
+{
+ int aio_fildes; /* File descriptor. */
+ off_t aio_offset; /* File offset */
+ int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed. */
+ int aio_reqprio; /* Request priority offset. */
+ volatile void *aio_buf; /* Location of buffer. */
+ size_t aio_nbytes; /* Length of transfer. */
+ struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value. */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
+ asincrono.}
+ \label{fig:file_aiocb}
+\end{figure}
+
+Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
+aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek},
+pertanto terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
+contemporanee effettuabili su un singolo file.
+
+Ogni operazione deve inizializzare opportunamente un \textit{control block}.
+Il file descriptor su cui operare deve essere specificato tramite il campo
+\var{aio\_fildes}; dato che più operazioni possono essere eseguita in maniera
+asincrona, il concetto di posizione corrente sul file viene a mancare;
+pertanto si deve sempre specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione
+sul file da cui i dati saranno letti o scritti. Nel campo \var{aio\_buf} deve
+essere specificato l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in
+\var{aio\_nbytes} la lunghezza del blocco di dati da trasferire.
+
+Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
+di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
+ piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
+ le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
+ \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
+partire da quella del processo chiamante (vedi \secref{sec:proc_priority}),
+cui viene sottratto il valore di questo campo.
+
+Il campo \var{aio\_lio\_opcode} è usato soltanto dalla funzione
+\func{lio\_listio}, che, come vedremo più avanti, permette di eseguire con una
+sola chiamata una serie di operazioni, usando un vettore di \textit{control
+ block}. Tramite questo campo si specifica quale è la natura di ciascuna di
+esse.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct sigevent
+{
+ sigval_t sigev_value;
+ int sigev_signo;
+ int sigev_notify;
+ sigev_notify_function;
+ sigev_notify_attributes;
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{sigevent}, usata per specificare le modalità di
+ notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
+ \label{fig:file_sigevent}
+\end{figure}
+
+Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \type{sigevent}
+che serve a specificare il modo in cui si vuole che venga effettuata la
+notifica del completamento delle operazioni richieste. La struttura è
+riportata in \secref{fig:file_sigevent}; il campo \var{sigev\_notify} è quello
+che indica le modalità della notifica, esso può assumere i tre valori:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
+\item[\const{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
+\item[\const{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
+ chiamante il segnale specificato nel campo \var{sigev\_signo}, se il
+ manipolatore è installato con \const{SA\_SIGINFO}, il gli verrà restituito
+ il valore di \var{sigev\_value} in come valore del campo \var{si\_value} per
+ \type{siginfo\_t}.
+\item[\const{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
+ thread che esegue la funzione specificata da \var{sigev\_notify\_function},
+ con gli attributi specificati da \var{sigev\_notify\_attribute}.
+\end{basedescript}
+
+Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
+\func{aio\_read} ed \func{aio\_write}. Esse permettono di richiedere una
+lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \type{aiocb}
+appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{aio.h}
+
+ \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
+ Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
+ \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
+ Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
+ \param{aiocbp}.
+
+ \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato un valore non valido per i campi
+ \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \end{errlist}
+}
+\end{functions}
-\subsection{I/O multiplo}
+Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
+richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
+\errcode{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
+potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
+scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
+il file non sia stato aperto in \textit{append mode} (vedi
+\secref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
+comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
+
+Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
+\param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
+operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
+campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
+richiesta. Questo comporta che occorre evitare di usare per \param{aiocbp}
+variabili automatiche e che non si deve riutilizzare la stessa struttura per
+un ulteriore operazione fintanto che la precedente non sia stata ultimata. In
+generale per ogni operazione di I/O asincrono si deve utilizzare una diversa
+struttura \type{aiocb}.
+
+Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
+\func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
+eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
+altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
+prima è \func{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
+errore; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+ {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}
+
+ Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
+ \param{aiocbp}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
+ successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
+ fallimento.}
+\end{prototype}
+
+Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
+\errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
+conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
+verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
+codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
+errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
+dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
+del caso, i codici di errore delle system call \func{read}, \func{write} e
+\func{fsync}.
+
+Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
+che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito \errcode{EINPROGRESS},
+si potrà usare la seconda funzione dell'interfaccia, \func{aio\_return}, che
+permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
+suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)}
+
+Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
+\param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
+ eseguita.}
+\end{prototype}
+
+La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
+asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
+associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
+l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
+precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
+
+La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
+così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
+scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}). É importante chiamare sempre
+questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
+asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
+esaurimento.
+
+Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
+disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O, essa è
+compiuta dalla funzione \func{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
+analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
+è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{ssize\_t aio\_return(int op, struct aiocb *aiocbp)}
+
+Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
+ \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{EINVAL}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
+immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
+verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
+di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
+modalità di esecuzione, se si specifica il valore \const{O\_DSYNC} le
+operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
+specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
+\secref{sec:file_sync}).
+
+Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
+allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
+relativi ad eventuali operazioni richieste successivamente. Se si è
+specificato un meccanismo di notifica questo sarà innescato una volta che le
+operazioni di sincronizzazione dei dati saranno completate.
+
+In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
+quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo lo
+standard POSIX.1b prevede una funzioni apposita, \func{aio\_cancel}, che
+permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)}
+
+Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
+da \param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
+ di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
+ un valore non valido di \param{fildes}, imposta \var{errno} al valore
+ \errval{EBADF}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
+\param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \val{NULL} come
+valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione viene cancellata una
+successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà \errcode{ECANCELED} come
+codice di errore, ed il suo codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo
+di notifica non verrà invocato. Se si specifica una operazione relativa ad un
+altro file descriptor il risultato è indeterminato.
+
+In caso di successo, i possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} sono
+tre (anch'essi definiti in \file{aio.h}):
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
+\item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
+ cancellazione sono state già completate,
+
+\item[\const{AIO\_CANCELED}] indica che tutte le operazioni richieste sono
+ state cancellate,
+
+\item[\const{AIO\_NOTCANCELED}] indica che alcune delle operazioni erano in
+ corso e non sono state cancellate.
+\end{basedescript}
+
+Nel caso si abbia \const{AIO\_NOTCANCELED} occorrerà chiamare
+\func{aio\_error} per determinare quali sono le operazioni effettivamente
+cancellate. Le operazioni che non sono state cancellate proseguiranno il loro
+corso normale, compreso quanto richiesto riguardo al meccanismo di notifica
+del loro avvenuto completamento.
+
+Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, l'interfaccia
+fornisce anche una apposita funzione, \func{aio\_suspend}, che permette di
+sospendere l'esecuzione del processo chiamante fino al completamento di una
+specifica operazione; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, const struct
+ timespec *timeout)}
+
+ Attende, per un massimo di \param{timeout}, il completamento di una delle
+ operazioni specificate da \param{list}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 se una (o più) operazioni sono state
+ completate, e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
+ \param{timeout}.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
+
+La funzione permette di bloccare il processo fintanto che almeno una delle
+\param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è completata, per
+un tempo massimo specificato da \param{timout}, o fintanto che non arrivi un
+segnale.\footnote{si tenga conto che questo segnale può anche essere quello
+ utilizzato come meccanismo di notifica.} La lista deve essere inizializzata
+con delle strutture \var{aiocb} relative ad operazioni effettivamente
+richieste, ma può contenere puntatori nulli, che saranno ignorati. In caso si
+siano specificati valori non validi l'effetto è indefinito. Un valore
+\val{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout.
+
+Lo standard POSIX.1b infine ha previsto pure una funzione, \func{lio\_listio},
+che permette di effettuare la richiesta di una intera lista di operazioni di
+lettura o scrittura; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+ {int lio\_listio(int mode, struct aiocb * const list[], int nent, struct
+ sigevent *sig)}
+
+ Richiede l'esecuzione delle operazioni di I/O elencata da \param{list},
+ secondo la modalità \param{mode}.
+
+ \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}] Nessuna operazione è stata completata entro
+ \param{timeout}.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
+
+La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate dalla
+lista \param{list}; questa deve contenere gli indirizzi di altrettanti
+\textit{control block}, opportunamente inizializzati; in particolare nel caso
+dovrà essere specificato il tipo di operazione tramite il campo
+\var{aio\_lio\_opcode}, che può prendere i tre valori:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\item[\const{LIO\_READ}] si richiede una operazione di lettura.
+\item[\const{LIO\_WRITE}] si richiede una operazione di scrittura.
+\item[\const{LIO\_NOP}] non si effettua nessuna operazione.
+\end{basedescript}
+l'ultimo valore viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
+dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si è
+dovuto cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per quelle
+non completate.
+
+L'argomento \param{mode} permette di stabilire il comportamento della
+funzione, se viene specificato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si
+blocca fino al completamento di tutte le operazioni richieste; se invece si
+specifica \const{LIO\_NOWAIT} la funzione ritorna immediatamente dopo aver
+messo in coda tutte le richieste. In questo caso il chiamante può richiedere
+la notifica del completamento di tutte le richieste, impostando l'argomento
+\param{sig} in maniera analoga a come si fa per il campo \var{aio\_sigevent}
+di \type{aiocb}.
+
+
+
+\subsection{I/O vettorizzato}
\label{sec:file_multiple_io}
-Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover affrontare una
+Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover eseguire una
serie multipla di operazioni di I/O, come una serie di letture o scritture di
-vari buffer. In questo caso
+vari buffer. Un esempio tipico è quando i dati sono strutturati nei campi di
+una struttura ed essi devono essere caricati o salvati su un file. Benché
+l'operazione sia facilmente eseguibile attraverso una serie multipla di
+chiamate, ci sono casi in cui si vuole poter contare sulla atomicità delle
+operazioni.
+
+Per questo motivo BSD 4.2\footnote{Le due funzioni sono riprese da BSD4.4 ed
+ integrate anche dallo standard Unix 98; fino alle libc5 Linux usava
+ \type{size\_t} come tipo dell'argomento \param{count}, una scelta logica,
+ che però è stata dismessa per restare aderenti allo standard.} ha introdotto
+due nuove system call, \func{readv} e \func{writev}, che permettono di
+effettuare con una sola chiamata una lettura o una scrittura su una serie di
+buffer (quello che viene chiamato \textsl{I/O vettorizzato}. I relativi
+prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/uio.h}
+
+ \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)} Esegue
+ una lettura vettorizzata da \param{fd} nei \param{count} buffer specificati
+ da \param{vector}.
+
+ \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)} Esegue
+ una scrittura vettorizzata da \param{fd} nei \param{count} buffer
+ specificati da \param{vector}.
+
+ \bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte letti o scritti in
+ caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
+ argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{MAX\_IOVEC}).
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
+ di avere eseguito una qualunque lettura o scrittura.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] \param{fd} è stato aperto in modalità non bloccante e
+ non ci sono dati in lettura.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EISDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT} (se non sono
+ stato allocati correttamente i buffer specificati nei campi
+ \func{iov\_base}), più tutti gli ulteriori errori che potrebbero avere le
+ usuali funzioni di lettura e scrittura eseguite su \param{fd}.}
+\end{functions}
+
+Entrambe le funzioni usano una struttura \type{iovec}, definita in
+\figref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono essere letti o
+scritti. Il primo campo, \var{iov\_base}, contiene l'indirizzo del buffer ed
+il secondo, \var{iov\_len}, la dimensione dello stesso.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct iovec {
+ __ptr_t iov_base; /* Starting address */
+ size_t iov_len; /* Length in bytes */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
+ vettorizzato.}
+ \label{fig:file_iovec}
+\end{figure}
+I buffer da utilizzare sono indicati attraverso l'argomento \param{vector} che
+è un vettore di strutture \var{iovec}, la cui lunghezza è specificata da
+\param{count}. Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata per
+opportunamente per indicare i vari buffer da/verso i quali verrà eseguito il
+trasferimento dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li
+si sono specificati nel vettore \var{vector}.
\subsection{File mappati in memoria}
\label{sec:file_memory_map}
+Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
+rispetto a quella classica vista in \capref{cha:file_unix_interface}, è il
+cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
+\textsl{paginazione}\index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
+\secref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
+file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo. Il meccanismo è
+illustrato in \figref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del file viene
+riportata direttamente nello spazio degli indirizzi del programma. Tutte le
+operazioni su questa zona verranno riportate indietro sul file dal meccanismo
+della memoria virtuale che trasferirà il contenuto di quel segmento sul file
+invece che nella swap, per cui si può parlare tanto di file mappato in
+memoria, quanto di memoria mappata su file.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=9.5cm]{img/mmap_layout}
+ \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
+ mappatura in memoria di un file.}
+ \label{fig:file_mmap_layout}
+\end{figure}
+
+Tutto questo comporta una notevole semplificazione delle operazioni di I/O, in
+quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer intermedi su cui
+appoggiare i dati da traferire, ma questi potranno essere acceduti
+direttamente nella sezione di memoria mappata; inoltre questa interfaccia è
+più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette di caricare in
+memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad un dato
+istante.
+
+Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la memoria
+virtuale, la sezione di memoria mappata su cui si opera sarà a sua volta letta
+o scritta sul file una pagina alla volta e solo per le parti effettivamente
+usate, il tutto in maniera completamente trasparente al processo; l'accesso
+alle pagine non ancora caricate avverrà allo stesso modo con cui vengono
+caricate in memoria le pagine che sono state salvate sullo swap.
+
+Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un
+file vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi
+vengono scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni
+il cui solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
+memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
+
+L'interfaccia prevede varie funzioni per la gestione del \textit{memory mapped
+ I/O}, la prima di queste è \func{mmap}, che serve ad eseguire la mappatura
+in memoria di un file; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
+ fd, off\_t offset)}
+
+ Esegue la mappatura in memoria del file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
+ in caso di successo, e \const{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
+ qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
+ \const{MAP\_ANONYMOUS}.
+ \item[\errcode{EACCES}] Il file descriptor non si riferisce ad un file
+ regolare, o si è richiesto \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è
+ aperto in lettura, o si è richiesto \const{MAP\_SHARED} e impostato
+ \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o
+ si è impostato \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in
+ \textit{append-only}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] I valori di \param{start}, \param{length} o
+ \param{offset} non sono validi (o troppo grandi o non allineati sulla
+ dimensione delle pagine).
+ \item[\errcode{ETXTBSY}] Si è impostato \const{MAP\_DENYWRITE} ma
+ \param{fd} è aperto in scrittura.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] Il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] Non c'è memoria o si è superato il limite sul
+ numero di mappature possibili.
+ \item[\errcode{ENODEV}] Il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
+ mapping.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
+partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
+all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
+multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
+
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{PROT\_EXEC} & Le pagine possono essere eseguite.\\
+ \const{PROT\_READ} & Le pagine possono essere lette.\\
+ \const{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
+ \const{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
+ protezione applicate alle pagine del file mappate in memoria.}
+ \label{tab:file_mmap_prot}
+\end{table}
+
+
+Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{in Linux
+ la memoria reale è divisa in pagine: ogni processo vede la sua memoria
+ attraverso uno o più segmenti lineari di memoria virtuale. Per ciascuno di
+ questi segmenti il kernel mantiene nella \textit{page table} la mappatura
+ sulle pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura,
+ esecuzione, scrittura); una loro violazione causa quella che si chiama una
+ \textit{segment violation}, e la relativa emissione del segnale
+ \const{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria e deve essere
+specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori
+riportati in \tabref{tab:file_mmap_flag}; il valore specificato deve essere
+compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il file.
+
+L'argomento \param{flags} specifica infine qual'è il tipo di oggetto mappato,
+le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
+modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
+mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
+come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
+\tabref{tab:file_mmap_flag}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{MAP\_FIXED} & Non permette di restituire un indirizzo diverso
+ da \param{start}, se questo non può essere usato
+ \func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
+ valore di \param{start} deve essere allineato
+ alle dimensioni di una pagina. \\
+ \const{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
+ riportati sul file e saranno immediatamente
+ visibili agli altri processi che mappano lo stesso
+ file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
+ aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
+ \func{unmap}), e solo allora le modifiche saranno
+ visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
+ con \const{MAP\_PRIVATE}. \\
+ \const{MAP\_PRIVATE} & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
+ riportati sul file. Ne viene fatta una copia
+ privata cui solo il processo chiamante ha
+ accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso
+ il meccanismo del
+ \textit{copy on write}\index{copy on write} e
+ salvate su swap in caso di necessità. Non è
+ specificato se i cambiamenti sul file originale
+ vengano riportati sulla regione
+ mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}. \\
+ \const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
+ \textit{DoS}\index{DoS} (veniva usato per
+ segnalare che tentativi di scrittura sul file
+ dovevano fallire con \errcode{ETXTBSY}).\\
+ \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato. \\
+ \const{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \const{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
+ delle pagine di swap ad uso del meccanismo di
+ \textit{copy on write}\index{copy on write}
+ per mantenere le
+ modifiche fatte alla regione mappata, in
+ questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
+ memoria disponibile, si ha l'emissione di
+ un \const{SIGSEGV}. \\
+ \const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
+ mappate. \\
+ \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli stack. Indica
+ che la mappatura deve essere effettuata con gli
+ indirizzi crescenti verso il basso.\\
+ \const{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
+ argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
+ ignorati.\footnotemark\\
+ \const{MAP\_ANON} & Sinonimo di \const{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
+ \const{MAP\_FILE} & Valore di compatibilità, deprecato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
+ \label{tab:file_mmap_flag}
+\end{table}
+
+\footnotetext{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
+ memoria.}
+\footnotetext{L'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è
+ stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
+
+Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
+piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
+tutto quanto è comunque basato sul basato sul meccanismo della memoria
+virtuale. Questo comporta allora una serie di conseguenze. La più ovvia è che
+se si cerca di scrivere su una zona mappata in sola lettura si avrà
+l'emissione di un segnale di violazione di accesso (\const{SIGSEGV}), dato che
+i permessi sul segmento di memoria relativo non consentono questo tipo di
+accesso.
+
+È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
+regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
+ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
+questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
+paginazione, la mappatura in memoria non può che essere eseguita su un
+segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una pagina, ed in
+generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni effettive del file
+o della sezione che si vuole mappare. Il caso più comune è quello illustrato
+in \figref{fig:file_mmap_boundary}, in cui la sezione di file non rientra nei
+confini di una pagina: in tal caso verrà il file sarà mappato su un segmento
+di memoria che si estende fino al bordo della pagina successiva.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_boundary}
+ \caption{Schema della mappatura in memoria di una sezione di file di
+ dimensioni non corrispondenti al bordo di una pagina.}
+ \label{fig:file_mmap_boundary}
+\end{figure}
+
+
+In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
+dimensioni specificate da \param{lenght}, senza ottenere un \const{SIGSEGV}
+poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
+mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
+valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
+scritto.
+
+Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
+file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
+file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
+quella della mappatura in memoria.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=13cm]{img/mmap_exceed}
+ \caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
+ alla lunghezza richiesta.}
+ \label{fig:file_mmap_exceed}
+\end{figure}
+
+In questa situazione, per la sezione di pagina parzialmente coperta dal
+contenuto del file, vale esattamente quanto visto in precedenza; invece per la
+parte che eccede, fino alle dimensioni date da \param{length}, l'accesso non
+sarà più possibile, ma il segnale emesso non sarà \const{SIGSEGV}, ma
+\const{SIGBUS}, come illustrato in \figref{fig:file_mmap_exceed}.
+
+Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
+in \figref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
+biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
+comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
+relativi a pipe, socket e fifo, per i quali non ha senso parlare di
+\textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di dispositivo, che non
+dispongono della relativa operazione \var{mmap} (si ricordi quanto esposto in
+\secref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente però che esistono anche casi di
+dispositivi (un esempio è l'interfaccia al ponte PCI-VME del chip Universe)
+che sono utilizzabili solo con questa interfaccia.
+
+Dato che passando attraverso una \func{fork} lo spazio di indirizzi viene
+copiato integralmente, i file mappati in memoria verranno ereditati in maniera
+trasparente dal processo figlio, mantenendo gli stessi attributi avuti nel
+padre; così se si è usato \const{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
+stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \const{MAP\_PRIVATE}
+ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
+invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
+sostituisce tutto lo spazio degli indirizzi di un processo con quello di un
+nuovo programma.
+
+Quando si effettua la mappatura di un file vengono pure modificati i tempi ad
+esso associati (di cui si è trattato in \secref{sec:file_file_times}). Il
+valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
+dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
+una pagina mappata su un file aggiorna questo tempo. I valori di
+\var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
+consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
+\const{PROT\_WRITE} e \const{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura
+o in corrispondenza di una eventuale \func{msync}.
+
+Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
+direttamente dalla memoria virtuale, occorre essere consapevoli delle
+interazioni che possono esserci con operazioni effettuate con l'interfaccia
+standard dei file di \capref{cha:file_unix_interface}. Il problema è che una
+volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e scrittura saranno
+eseguite sulla memoria, e riportate su disco in maniera autonoma dal sistema
+della memoria virtuale.
+
+Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
+potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
+virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
+del tutto imprevedibile il risultato della modifica di un file nei confronti
+del contenuto della memoria mappata su cui è mappato.
+
+Per quanto appena visto, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file
+attraverso l'interfaccia standard, quando lo si è mappato in memoria, è invece
+possibile usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria,
+purché si abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in
+memoria mette a disposizione la funzione \func{msync} per sincronizzare il
+contenuto della memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
+
+ Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
+
+ \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}] O \param{start} non è multiplo di \const{PAGESIZE},
+ o si è specificato un valore non valido per \param{flags}.
+ \item[\errcode{EFAULT}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione esegue la sincronizzazione di quanto scritto nella sezione di
+memoria indicata da \param{start} e \param{offset}, scrivendo le modifiche sul
+file (qualora questo non sia già stato fatto). Provvede anche ad aggiornare i
+relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
+di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
+del file aggiornato.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{MS\_ASYNC} & Richiede la sincronizzazione.\\
+ \const{MS\_SYNC} & Attende che la sincronizzazione si eseguita.\\
+ \const{MS\_INVALIDATE}& Richiede che le altre mappature dello stesso file
+ siano invalidate.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \label{tab:file_mmap_rsync}
+\end{table}
+
+L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
+dei valori riportati in \tabref{tab:file_mmap_rsync}, di questi però
+\const{MS\_ASYNC} e \const{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
+infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
+meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
+attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
+flag fa invalidare le pagine di cui si richiede la sincronizzazione per tutte
+le mappature dello stesso file, così che esse possano essere immediatamente
+aggiornate ai nuovi valori.
+
+Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
+mappatura della memoria usando la funzione \func{munmap}, il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+ \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
+
+ Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
+
+ \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}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato attraverso
+\param{start} e \param{length}, ed ogni successivo accesso a tale regione
+causerà un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
+allineato alle dimensioni di una pagina di memoria, e la mappatura di tutte le
+pagine contenute (anche parzialmente) nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
+Indicare un intervallo che non contiene pagine mappate non è un errore.
+Alla conclusione del processo, ogni pagina mappata verrà automaticamente
+rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per effettuare la
+mappatura in memoria non ha alcun effetto sulla stessa.
\section{Il file locking}
sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle operazioni di scrittura.
+
\subsection{L'\textit{advisory locking}}
\label{sec:file_record_locking}
-La prima modalità di file locking che è stata implementata nei sistemi
-unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory locking}, in
-quanto è il processo, e non il sistema, che si incarica di verificare se
-esiste una condizione di blocco per l'accesso ai file.
+La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
+sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
+ locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
+ come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
+ \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discretionary file
+ lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
+ mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
+ locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
+ ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
+ riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
+ mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
+processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
+esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. Questo significa
+che le funzioni \func{read} o \func{write} non risentono affatto della
+presenza di un eventuale \textit{lock}, e che sta ai vari processi controllare
+esplicitamente lo stato dei file condivisi prima di accedervi, implementando
+un opportuno protocollo.
+
+In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock}:\footnote{di
+ seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
+ nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
+ \textit{lock}, per evitare confuzioni linguistiche con il blocco di un
+ processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
+ \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
+\textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
+file affinché non venga modificato mentre lo si legge. Si parla appunto di
+\textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono richiedere
+contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per proteggere il loro
+accesso in lettura.
+
+La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
+\textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
+lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
+scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
+processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
+proteggere il suo accesso in scrittura.
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
+ \hline
+ \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
+ \cline{2-4}
+ &Nessun lock&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
+ \hline
+ \hline
+ \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
+ \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Tipologie di file locking.}
+ \label{tab:file_file_lock}
+\end{table}
+In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
+ locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
+\func{flock}, la seconda è quella standardizzata da POSIX.1 (derivata da
+System V), che è basata sulla funzione \func{fcntl}. I \textit{file lock}
+sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due interfacce,
+che pertanto possono coesistere senza interferenze.
+
+Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
+inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
+\textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
+lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il lock viene acquisito
+il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
+comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
+le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il lock. La situazione
+delle varie possibilità è riassunta in \tabref{tab:file_file_lock}.
+
+Si tenga presente infine che il controllo di accesso è effettuato quando si
+apre un file, l'unico controllo residuo è che il tipo di lock che si vuole
+otternere deve essere compatibile con le modalità di apertura dello stesso (di
+lettura per un read lock e di scrittura per un write lock).
+
+%% Si ricordi che
+%% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
+%% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
+%% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
+
+
+\subsection{La funzione \func{flock}}
+\label{sec:file_flock}
+
+La prima interfaccia per il file locking, quella derivata da BSD, permette di
+eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per richiedere e
+rimuovere un \textit{file lock} è \func{flock}, ed il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
+
+ Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \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{EWOULDBLOCK}] Il file ha già un blocco attivo, e si è
+ specificato \const{LOCK\_NB}.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
+La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
+a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
+\param{operation}, questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
+essere passato utilizzando le costanti riportate in
+\tabref{tab:file_flock_operation}.
-\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
-\label{sec:file_mand_locking}
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{LOCK\_SH} & Asserisce uno \textit{shared lock} sul file.\\
+ \const{LOCK\_EX} & Asserisce un \textit{esclusive lock} sul file.\\
+ \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
+ \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
+ richiesta di un \textit{file lock}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
+ \label{tab:file_flock_operation}
+\end{table}
-Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
+I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
+richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera
+alternativa. Se si specifica anche \const{LOCK\_NB} la funzione non si
+bloccherà qualora il lock non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con
+un errore di \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un lock si dovrà invece
+usare \const{LOCK\_UN}.
+
+La semantica del file locking di BSD è diversa da quella del file locking
+POSIX, in particolare per quanto riguarda il comportamento dei lock nei
+confronti delle due funzioni \func{dup} e \func{fork}. Per capire queste
+differenze occorre descrivere con maggiore dettaglio come viene realizzato il
+file locking nel kernel in entrambe le interfacce.
+
+In \figref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
+dell'implementazione del file locking in stile BSD in Linux; il punto
+fondamentale da capire è che un lock, qualunque sia l'interfaccia che si usa,
+anche se richiesto attraverso un file descriptor, agisce sempre su un file;
+perciò le informazioni relative agli eventuali \textit{file lock} sono
+mantenute a livello di inode,\footnote{in particolare, come accennato in
+ \figref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono mantenuti un una
+ \textit{linked list}\index{linked list} di strutture \var{file\_lock}. La
+ lista è referenziata dall'indirizzo di partenza mantenuto dal campo
+ \var{i\_flock} della struttura \var{inode} (per le definizioni esatte si
+ faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti del kernel). Un bit del
+ campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di un lock in semantica BSD
+ (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).} dato che questo è l'unico
+riferimento in comune che possono avere due processi diversi che aprono lo
+stesso file.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=12.5cm]{img/file_flock}
+ \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare
+ del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
+ \label{fig:file_flock_struct}
+\end{figure}
+La richiesta di un file lock prevede una scansione della lista per determinare
+se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di un nuovo
+elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \var{file\_lock}.} Nel caso dei
+lock creati con \func{flock} la semantica della funzione prevede che sia
+\func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un file lock quanto
+piuttosto degli ulteriori riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal
+kernel secondo lo schema di \figref{fig:file_flock_struct}, associando ad ogni
+nuovo \textit{file lock} un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto nel
+ campo \var{fl\_file} di \var{file\_lock}, e viene utilizzato solo per i lock
+ creati con la semantica BSD.} alla voce nella \textit{file table} da cui si
+è richiesto il lock, che così ne identifica il titolare.
+
+Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un file lock,
+il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un file descriptor che
+fa riferimento ad una voce nella file table corrispondente a quella registrata
+nel lock. Allora se ricordiamo quanto visto in \secref{sec:file_dup} e
+\secref{sec:file_sharing}, e cioè che i file descriptor duplicati e quelli
+ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella file
+table, si può capire immediatamente quali sono le conseguenze nei confronti
+delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
+
+Sarà così possibile rimuovere un file lock attraverso uno qualunque dei file
+descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella file table, anche se
+questo è diverso da quello con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo
+ non vale se il file descriptor fa riferimento allo stesso file, ma
+ attraverso una voce diversa della file table, come accade tutte le volte che
+ si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
+processo figlio; inoltre una volta tolto un file lock, la rimozione avrà
+effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa voce nella file
+table, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una
+\func{fork}, anche su processi diversi.
+
+Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
+dei file lock, quando un file viene chiuso il kernel provveda anche a
+rimuovere tutti i lock ad esso associati. Anche in questo caso occorre tenere
+presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal caso
+infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il lock rimosso) fintanto
+che non viene rilasciata la relativa voce nella file table; e questo avverrà
+solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce
+sono stati chiusi. Quindi, nel caso ci siano duplicati o processi figli che
+mantengono ancora aperto un file descriptor, il lock non viene rilasciato.
+
+Si tenga presente infine che \func{flock} non è in grado di funzionare per i
+file mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di eseguire il
+\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia basata su \func{fcntl} che
+può funzionare anche attraverso NFS, a condizione che sia il client che il
+server supportino questa funzionalità.
+
+
+\subsection{Il file locking POSIX}
+\label{sec:file_posix_lock}
+
+La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
+quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
+già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
+\secref{sec:file_fcntl}. Quando la si impiega per il \textit{file locking}
+essa viene usata solo secondo il prototipo:
+\begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
+
+ Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \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{EACCES}] L'operazione è proibita per la presenza di
+ \textit{file lock} da parte di altri processi.
+ \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
+ sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock,
+ o il protocollo per il locking remoto è fallito.
+ \item[\errcode{EDEADLK}] Si è richiesto un lock su una regione bloccata da
+ un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco di un lock
+ mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto un
+ \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema riconosca sempre
+ questa situazione.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale prima
+ di poter acquisire un lock.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
+ }
+\end{prototype}
+
+Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
+\func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
+al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
+relative agli eventuali lock preesistenti. Per poter fare tutto questo la
+funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \var{flock} (la
+cui definizione è riportata in \figref{fig:struct_flock}) nella quale inserire
+tutti i dati relativi ad un determinato lock. Si tenga presente poi che un
+lock fa sempre riferimento ad una regione, per cui si potrà avere un conflitto
+anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale con un'altra regione
+bloccata.
+
+\begin{figure}[!bht]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct flock {
+ short int l_type; /* Type of lock: F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK. */
+ short int l_whence; /* Where `l_start' is relative to (like `lseek'). */
+ off_t l_start; /* Offset where the lock begins. */
+ off_t l_len; /* Size of the locked area; zero means until EOF. */
+ pid_t l_pid; /* Process holding the lock. */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{flock}, usata da \func{fcntl} per il file
+ locking.}
+ \label{fig:struct_flock}
+\end{figure}
+
+
+I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
+\var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
+il lock: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
+lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
+contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
+dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
+\const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
+relative descrizioni in \secref{sec:file_lseek}).
+
+Si tenga presente che un lock può essere richiesto anche per una regione al di
+là della corrente fine del file, così che una eventuale estensione dello
+stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un valore nullo per
+\var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla dimensione massima del
+file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque regione a partire da
+un certo punto fino alla fine del file, coprendo automaticamente quanto
+eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
+
+Il tipo di file lock richiesto viene specificato dal campo \var{l\_type}, esso
+può assumere i tre valori definiti dalle costanti riportate in
+\tabref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere rispettivamente uno
+\textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la rimozione di un lock
+precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid} viene usato solo in
+caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con \const{F\_GETLK}, e riporta
+il \acr{pid} del processo che detiene il lock.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
+ \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
+ \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un file lock.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \func{flock}.}
+ \label{tab:file_flock_type}
+\end{table}
+
+Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \var{flock}, l'operazione
+effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
+\param{cmd} che, come già riportato in \secref{sec:file_fcntl}, specifica
+l'azione da compiere; i valori relativi al file locking sono tre:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\item[\const{F\_GETLK}] verifica se il file lock specificato dalla struttura
+ puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo sovrascrive
+ la struttura \param{flock} con i valori relativi al lock già esistente che
+ ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il campo
+ \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
+\item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
+ \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
+ corrispondente file lock, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel caso la
+ richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un lock preesistente la
+ funzione ritorna immediatamente con un errore di \errcode{EACCES} o di
+ \errcode{EAGAIN}.
+\item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
+ non può essere soddisfatta per la presenza di un altro lock, mette il
+ processo in stato di attesa fintanto che il lock precedente non viene
+ rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
+ con un errore di \errcode{EINTR}.
+\end{basedescript}
+
+Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
+una presenza generica di lock su un file, perché se ne esistono altri
+compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
+\var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}. Inoltre a seconda del valore di
+\var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di lock
+(se è \const{F\_WRLCK}) o di write lock (se è \const{F\_RDLCK}). Si consideri
+poi che può esserci più di un lock che impedisce l'acquisizione di quello
+richiesto (basta che le regioni si sovrappongano), ma la funzione ne riporterà
+sempre soltanto uno, impostando \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i
+valori \var{l\_start} e \var{l\_len} per indicare quale è la regione bloccata.
+
+Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
+\const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
+operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un lock fra le due
+chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
+\func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
+ è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
+ sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
+quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il lock sia
+stato effettivamente acquisito.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
+ \caption{Schema di una situazione di \textit{deadlock}.}
+ \label{fig:file_flock_dead}
+\end{figure}
+
+Non operando a livello di interi file, il file locking POSIX introduce
+un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
+\figref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
+processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
+un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
+del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
+rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
+volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
+porta ad un \textit{deadlock}\index{deadlock}, dato che a quel punto anche il
+processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro processo. Per
+questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di questo tipo, ed
+impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla funzione che cerca di
+acquisire un lock che porterebbe ad un \textit{deadlock}.
+
+\begin{figure}[!bht]
+ \centering \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock}
+ \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare
+ del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
+ \label{fig:file_posix_lock}
+\end{figure}
+
+
+Per capire meglio il funzionamento del file locking in semantica POSIX (che
+differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto \secref{sec:file_flock})
+esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal kernel. Lo schema delle
+strutture utilizzate è riportato in \figref{fig:file_posix_lock}; come si vede
+esso è molto simile all'analogo di \figref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in
+ questo caso nella figura si sono evidenziati solo i campi di
+ \var{file\_lock} significativi per la semantica POSIX, in particolare adesso
+ ciascuna struttura contiene, oltre al \acr{pid} del processo in
+ \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene bloccata grazie ai campi
+ \var{fl\_start} e \var{fl\_end}. La struttura è comunque la stessa, solo
+ che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è impostato il bit
+ \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene usato.} il lock è
+sempre associato all'inode, solo che in questo caso la titolarità non viene
+identificata con il riferimento ad una voce nella file table, ma con il valore
+del \acr{pid} del processo.
+
+Quando si richiede un lock il kernel effettua una scansione di tutti i lock
+presenti sul file\footnote{scandisce cioè la linked list delle strutture
+ \var{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui \var{fl\_flags}
+ non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano ben separate.}
+per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad una già bloccata,
+in caso affermativo decide in base al tipo di lock, in caso negativo il nuovo
+lock viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
+
+Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
+\acr{pid} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel lock.
+Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
+dei lock POSIX. La prima conseguenza è che un lock POSIX non viene mai
+ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo figlio avrà un
+\acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una \func{exec} in quanto
+il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al contrario di quanto
+avveniva con la semantica BSD, quando processo termina tutti i file lock da
+esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
+
+La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
+allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
+\func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
+un lock, dato che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da questo
+deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
+chiusura di un file i lock ad esso associati vengono rimossi, nella semantica
+POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare tutti i
+lock relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi fossero
+stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
+
+Dato che il controllo sull'accesso ai lock viene eseguito sulla base del
+\acr{pid} del processo, possiamo anche prendere in cosiderazione un'altro
+degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
+richiedono dei lock su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
+stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
+solo sul \acr{pid} del processo che chiama la funzione, queste richieste
+avranno sempre successo.
+
+Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
+accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
+ cioè si richiede più volte lo stesso file lock, o più lock sula stessa
+ sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola richiesta di
+ rilascio per cancellare il lock.} la cosa non ha alcun effetto; la funzione
+ritorna con successo, senza che il kernel debba modificare la lista dei lock.
+In questo caso invece si possono avere una serie di situazioni diverse: ad
+esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più lock distinti
+(indicando in una regione che si sovrapponga completamente a quelle di questi
+ultimi), o rimuovere solo una parte di un lock preesistente (indicando una
+regione contenuta in quella di un altro lock), creando un buco, o coprire con
+un nuovo lock altri lock già ottenuti, e così via, a secondo di come si
+sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta. Il
+comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
+l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
+preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei lock per far si
+che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti con quanto
+necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+ int type = F_UNLCK; /* lock type: default to unlock (invalid) */
+ off_t start = 0; /* start of the locked region: default to 0 */
+ off_t len = 0; /* length of the locked region: default to 0 */
+ int fd, res, i; /* internal variables */
+ int bsd = 0; /* semantic type: default to POSIX */
+ int cmd = F_SETLK; /* lock command: default to non-blocking */
+ struct flock lock; /* file lock structure */
+ ...
+ if ((argc - optind) != 1) { /* There must be remaing parameters */
+ printf("Wrong number of arguments %d\n", argc - optind);
+ usage();
+ }
+ if (type == F_UNLCK) { /* There must be a -w or -r option set */
+ printf("You should set a read or a write lock\n");
+ usage();
+ }
+ fd = open(argv[optind], O_RDWR); /* open the file to be locked */
+ if (fd < 0) { /* on error exit */
+ perror("Wrong filename");
+ exit(1);
+ }
+ /* do lock */
+ if (bsd) { /* if BSD locking */
+ /* rewrite cmd for suitables flock operation values */
+ if (cmd == F_SETLKW) { /* if no-blocking */
+ cmd = LOCK_NB; /* set the value for flock operation */
+ } else { /* else */
+ cmd = 0; /* default is null */
+ }
+ if (type == F_RDLCK) cmd |= LOCK_SH; /* set for shared lock */
+ if (type == F_WRLCK) cmd |= LOCK_EX; /* set for exclusive lock */
+ res = flock(fd, cmd); /* esecute lock */
+ } else { /* if POSIX locking */
+ /* setting flock structure */
+ lock.l_type = type; /* set type: read or write */
+ lock.l_whence = SEEK_SET; /* start from the beginning of the file */
+ lock.l_start = start; /* set the start of the locked region */
+ lock.l_len = len; /* set the length of the locked region */
+ res = fcntl(fd, cmd, &lock); /* do lock */
+ }
+ /* check lock results */
+ if (res) { /* on error exit */
+ perror("Failed lock");
+ exit(1);
+ } else { /* else write message */
+ printf("Lock acquired\n");
+ }
+ pause(); /* stop the process, use a signal to exit */
+ return 0;
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
+ \label{fig:file_flock_code}
+\end{figure}
+
+Per fare qualche esempio sul file locking si è scritto un programma che
+permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
+intero file usando la semantica BSD; in \figref{fig:file_flock_code} è
+riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
+allegato nella directory dei sorgenti).
+
+La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
+funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
+impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
+vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
+switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
+le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un write lock o
+read lock (i due valori sono esclusivi, la variabile assumerà quello che si è
+specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono pure impostate la
+variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando si invoca
+l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la semantica
+POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di richiesta del
+lock (bloccante o meno), a seconda dell'opzione \cmd{-b}.
+
+Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
+un parametro (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
+ 15--18}) il tipo di lock, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
+uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
+comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
+reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
+valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
+\const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
+modalità bloccante.
+
+Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
+controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
+si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
+opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di lock al valore viene
+aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
+vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria. Nel caso
+invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
+immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
+esegue (\texttt{\small 41}).
+
+In entrambi i casi dopo aver richiesto il lock viene controllato il risultato
+uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un messaggio
+(\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si pone in
+attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c} dato da
+tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e tutti i
+lock vengono rilasciati.
+
+Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del file
+locking; cominciamo con l'eseguire un read lock su un file, ad esempio usando
+all'interno di un terminale il seguente comando:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il programma segnalerà di aver acquisito un lock e si bloccherà; in questo
+caso si è usato il file locking POSIX e non avendo specificato niente riguardo
+alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori preimpostati che
+bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad eseguire lo stesso
+comando in un altro terminale, e avremo lo stesso risultato. Se invece
+proviamo ad eseguire un write lock avremo:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
+lock, dato che il file è bloccato dal precedente read lock. Si noti che il
+risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte del
+file con il comando:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+se invece blocchiamo una regione con:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+una volta che riproviamo ad acquisire il write lock i risultati dipenderanno
+dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due regioni si
+sovrappongono avremo che:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+ed il lock viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
+avremo che:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+ed il lock viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un read
+lock che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+come ci aspettimo questo non sarà consentito.
+
+Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
+bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
+bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
+opzione:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il primo comando acquisisce subito un read lock, e quindi non cambia nulla, ma
+se proviamo adesso a richidere un write lock che non potrà essere acquisito
+otterremo:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
+punto rilasciamo il precedente lock (terminando il primo comando un
+\texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
+lock viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{3mm}
+\par\noindent
+
+Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
+fra i due tipi di lock; se ripartiamo dal primo comando con cui si è ottenuto
+un lock in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa succede quando
+si cerca di ottenere un lock in scrittura con la semantica BSD:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+che ci mostra come i due tipi di lock siano assolutamente indipendenti; per
+questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
+disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i lock
+applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
+
+
+
+\subsection{La funzione \func{lockf}}
+\label{sec:file_lockf}
+
+Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il file locking sia molto più
+potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
+complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
+motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
+che utilizza la funzione \func{lockf}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
+
+ Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \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{EWOULDBLOCK}] Non è possibile acquisire il lock, e si è
+ selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
+ file è mappato in memoria.
+ \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
+ sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
+ }
+\end{prototype}
+
+Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
+che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
+\tabref{tab:file_lockf_type}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
+ mantenere un lock condiviso sullo stesso file.\\
+ \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
+ alla volta può mantenere un lock esclusivo su un file. \\
+ \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
+ \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il lock non è disponibile,
+ si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
+ con un OR aritmetico dei valori.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili per il campo \var{cmd} di \func{lockf}.}
+ \label{tab:file_lockf_type}
+\end{table}
+
+Qualora il lock non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
+\const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
+Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
+delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
+affatto equivalente a \func{flock}).
+
+
+
+\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
+\label{sec:file_mand_locking}
+Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
+per introdurre un file locking che, come dice il nome, fosse effettivo
+indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
+\textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
+direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
+opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
+
+Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
+utilizzo particolare del bit \acr{sgid}. Se si ricorda quanto esposto in
+\secref{sec:file_suid_sgid}), esso viene di norma utilizzato per cambiare il
+groupid effettivo con cui viene eseguito un programma, ed è pertanto sempre
+associato alla presenza del permesso di esecuzione per il gruppo. Impostando
+questo bit su un file senza permesso di esecuzione in un sistema che supporta
+il \textit{mandatory locking}, fa sì che quest'ultimo venga attivato per il
+file in questione. In questo modo una combinazione dei permessi
+originariamente non contemplata, in quanto senza significato, diventa
+l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
+ locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
+ \secref{sec:file_chmod} e cioè che il bit \acr{sgid} viene cancellato (come
+ misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo non vale quando
+ esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory locking}.}
+
+L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
+neanche root può passare sopra ad un lock; pertanto un processo che blocchi un
+file cruciale può renderlo completamente inaccessibile, rendendo completamente
+inutilizzabile il sistema\footnote{il problema si potrebbe risolvere
+ rimuovendo il bit \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa
+ operazione con un sistema bloccato.} inoltre con il \textit{mandatory
+ locking} si può bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura
+su un file su cui è attivo un lock. Per questo motivo l'abilitazione del
+mandatory locking è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem
+per filesystem in fase di montaggio (specificando l'apposita opzione di
+\func{mount} riportata in \tabref{tab:sys_mount_flags}, o con l'opzione
+\cmd{mand} per il comando).
+
+Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
+sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
+ha nessun effetto sui lock richiesti con l'interfaccia di \func{flock}, e che
+la granularità del lock è quella del singolo byte, come per \func{fcntl}.
+
+La sintassi di acquisizione dei lock è esattamente la stessa vista in
+precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
+mandatory lock attivato non è più necessario controllare la disponibilità di
+accesso al file, ma si potranno usare direttamente le ordinarie funzioni di
+lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire direttamente il file
+locking.
+
+Questo significa che in caso di read lock la lettura dal file potrà avvenire
+normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà fino al
+rilascio del lock, a meno di non aver aperto il file con \const{O\_NONBLOCK},
+nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore di \errcode{EAGAIN}.
+
+Se invece si è acquisito un write lock tutti i tentativi di leggere o scrivere
+sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al rilascio del
+lock, a meno che il file non sia stato aperto con \const{O\_NONBLOCK}, nel
+qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato con l'errore di
+\errcode{EAGAIN}.
+
+Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
+sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
+\func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
+così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
+casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
+degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
+con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
+lock (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
+dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
+
+L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
+funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
+abbiamo trattato in \secref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti,
+quando si esegue la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un
+accesso al contenuto del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile
+eseguire il memory mapping di un file su cui sono presenti dei
+lock\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
+ impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
+ comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
+ diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
+implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
+ all'implementazione, mantenute insime ai sorgenti del kernel nel file
+ \file{Documentation/mandatory.txt}.} di seguire questo comportamento
+soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
+qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
+possibilità di modificare il file.
projects / gapil.git / blobdiff