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\label{cha:file_advanced}
In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
-dei file, che non sono state trattate in \capref{cha:file_unix_interface},
-dove ci si è limitati ad una panoramica delle funzioni base. In particolare
-tratteremo delle funzioni di input/output avanzato e del \textit{file
- locking}.
+dei file. In particolare tratteremo delle funzioni di input/output avanzato,
+che permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da
+quelle che permettono di gestire l'accesso contemporaneo a più file, per
+concludere con la gestione dell'I/O mappato in memoria. Dedicheremo poi la
+fine del capitolo alle problematiche del \textit{file locking}.
-\section{Le funzioni di I/O avanzato}
-\label{sec:file_advanced_io}
+\section{L'\textit{I/O multiplexing}}
+\label{sec:file_multiplexing}
-In questa sezione esamineremo le funzioni che permettono una gestione più
-sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle che permettono di gestire
-l'accesso contemporaneo a più file, per concludere con la gestione dell'I/O
-mappato in memoria.
+Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
+su molti file usando le funzioni illustrate in
+cap.~\ref{cha:file_unix_interface} e cap.~\ref{cha:files_std_interface} è che
+si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
+essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
+problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
+ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
+I/O.
-\subsection{La modalità di I/O \textsl{non-bloccante}}
+\subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
\label{sec:file_noblocking}
-Abbiamo visto in \secref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
-\textit{fast} e \textit{slow} system call, che in certi casi le funzioni di
-I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si ricordi però che questo può
- accadere solo per le pipe, i socket\index{socket} ed alcuni file di
- dispositivo\index{file!di dispositivo}; sui file normali le funzioni di
- lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad esempio le operazioni di
-lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul descrittore
-su cui si sta operando.
+Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
+\textit{fast} e \textit{slow} system call,\index{system~call~lente} che in
+certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si
+ ricordi però che questo può accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni
+ file di dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui file normali le funzioni
+ di lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad esempio le operazioni
+di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul
+descrittore su cui si sta operando.
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 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}\index{deadlock}.
-
-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 \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 \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}\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}\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}\index{socket}, compreso le varianti di System V.} con la
-funzione \funcd{select}, il cui prototipo è:
+affrontare nelle operazioni di I/O, che si verifica quando si deve operare con
+più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi senza che sia
+possibile prevedere quando questo può avvenire (il caso più classico è quello
+di un server in attesa di dati in ingresso da vari client). Quello che può
+accadere è di restare bloccati nell'eseguire una operazione su un file
+descriptor che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne potrebbe essere un
+altro disponibile. Questo comporta nel migliore dei casi una operazione
+ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di quella bloccata, mentre
+nel peggiore dei casi (quando la conclusione della operazione bloccata dipende
+da quanto si otterrebbe dal file descriptor ``\textsl{disponibile}'') si
+potrebbe addirittura arrivare ad un \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
+
+Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile prevenire
+questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file in
+\textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \const{O\_NONBLOCK}
+nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output
+eseguite sul file che si sarebbero bloccate, ritornano immediatamente,
+restituendo 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 \itindex{polling} \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 superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
+ multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consente di tenere sotto
+controllo più file descriptor in contemporanea, permettendo di bloccare un
+processo quando le operazioni volute non sono possibili, e di riprenderne
+l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia effettuabile, in
+modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare bloccati.
+
+Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
+mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
+prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
+tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
+ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
+sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
+
+
+\subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
+\label{sec:file_select}
+
+Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
+ multiplexing} è stato BSD,\footnote{la funzione \func{select} è apparsa in
+ BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i sistemi che
+ supportano i socket, compreso le varianti di System V.} con la funzione
+\funcd{select}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
\headdecl{sys/time.h}
\headdecl{sys/types.h}
\headdecl{unistd.h}
- \funcdecl{int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
+ \funcdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
*exceptfds, struct timeval *timeout)}
Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
descriptor (anche nullo) che sono attivi, 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 in uno
- degli insiemi.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
+ o un valore non valido per \param{timeout}.
\end{errlist}
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
+tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
\param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
\param{timeout}.
+\itindbeg{file~descriptor~set}
+
Per specificare quali file descriptor si intende \textsl{selezionare}, la
funzione usa un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set},
identificato dal tipo \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di
-file descriptor, (in maniera analoga a come un \textit{signal set}, vedi
-\secref{sec:sig_sigset}, identifica un insieme di segnali). Per la
-manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
-opportune macro di preprocessore:
+file descriptor, in maniera analoga a come un \itindex{signal~set}
+\textit{signal set} (vedi sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di
+segnali. Per la manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si
+possono usare delle opportune macro di preprocessore:
\begin{functions}
\headdecl{sys/time.h}
\headdecl{sys/types.h}
\headdecl{unistd.h}
- \funcdecl{FD\_ZERO(fd\_set *set)}
+ \funcdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
Inizializza l'insieme (vuoto).
- \funcdecl{FD\_SET(int fd, fd\_set *set)}
+ \funcdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
- \funcdecl{FD\_CLR(int fd, fd\_set *set)}
- Rimuove il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
+ \funcdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
+ Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.
- \funcdecl{FD\_ISSET(int fd, fd\_set *set)}
+ \funcdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
\end{functions}
In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
\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
+ fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma da
quando, come nelle versioni più recenti del kernel, non c'è più un limite
massimo, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
- descriptor set}.
+ descriptor set}.\footnote{il suo valore, secondo lo standard POSIX
+ 1003.1-2001, è definito in \file{sys/select.h}, ed è pari a 1024.} Si tenga
+presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere inizializzati
+con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non inizializzato può
+dar luogo a comportamenti non prevedibili; allo stesso modo usare
+\macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore eccede
+\const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
-effettuare una lettura, il secondo, \param{writefds}, per verificare la
-possibilità effettuare una scrittura ed il terzo, \param{exceptfds}, per
-verificare l'esistenza di condizioni eccezionali (come i messaggi urgenti su
-un \textit{socket}\index{socket}, vedi \secref{sec:xxx_urgent}).
-
-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 \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 impostato a \val{NULL} la funzione attende
-indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una struttura
-\struct{timeval} con i campi impostati a zero), qualora si voglia
+effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
+ tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
+ bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}; inoltre con Linux
+ possono verificarsi casi particolari, ad esempio quando arrivano dati su un
+ socket dalla rete che poi risultano corrotti e vengono scartati, può
+ accadere che \func{select} riporti il relativo file descriptor come
+ leggibile, ma una successiva \func{read} si blocchi.} il secondo,
+\param{writefds}, per verificare la possibilità effettuare una scrittura ed il
+terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i dati
+urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, vedi
+sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
+
+Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
+\const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente la funzione richiede di
+specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
+insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
+e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
+necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
+deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{si ricordi che
+ i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
+ valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo;
+ dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore
+ comune.} Infine l'argomento \param{timeout} specifica un tempo massimo di
+attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la funzione
+attende indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una
+struttura \struct{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
-\const{FD\_ISSET}. In caso di errore la funzione restituisce -1 e gli insiemi
-non vengono toccati.
+La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
+ il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
+ funzione è recente, ed esistono ancora alcune versioni di Unix che non si
+ comportano in questo modo.} e ciascun insieme viene sovrascritto per
+indicare quali sono i file descriptor pronti per le operazioni ad esso
+relative, in modo da poterli controllare con \macro{FD\_ISSET}. Se invece si
+ha un timeout viene restituito un valore nullo e gli insiemi non vengono
+modificati. In caso di errore la funzione restituisce -1, ed i valori dei tre
+insiemi sono indefiniti e non si può fare nessun affidamento sul loro
+contenuto.
+
+\itindend{file~descriptor~set}
+
+Una volta ritornata la funzione si potrà controllare quali sono i file
+descriptor pronti ed operare su di essi, si tenga presente però che si tratta
+solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni\footnote{ad esempio
+ quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono scartati perché
+ corrotti.} in cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file
+descriptor è pronto in lettura, quando una successiva lettura si bloccherebbe.
+Per questo quando si usa \textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso
+delle funzioni di lettura e scrittura in modalità non bloccante.
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 \funcd{poll},\footnote{la funzione è
+impostandolo al tempo restante in caso di interruzione prematura; 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.}
+
+Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
+comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
+controllo. Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
+tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
+controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
+essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
+ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
+
+Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
+tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
+numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
+essere arbitrario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
+dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
+estesa, con ulteriori perdite di prestazioni.
+
+Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
+ multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
+1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
+l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
+vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che sostituisce i
+precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
+\funcd{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}
+ 2.1. 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
+ \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
+ maggiore di 600.} il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/select.h}
+ {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
+ struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
+
+ Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
+ attivo.
+
+ \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} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
+ o un valore non valido per \param{timeout}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
+struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) per
+indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
+caso di interruzione.\footnote{in realtà la system call di Linux aggiorna il
+ valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle \acr{glibc} modifica
+ questo comportamento passando alla system call una variabile locale, in modo
+ da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che richiede che il valore di
+ \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre prende un argomento aggiuntivo
+\param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si veda
+sez.~\ref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da questa
+immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
+funzione.
+
+L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
+\textit{race condition} \itindex{race~condition} quando ci si deve porre in
+attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
+utilizzare il gestore per impostare una variabile globale e controllare questa
+nel corpo principale del programma; abbiamo visto in
+sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili race
+condition, per cui diventa essenziale utilizzare \func{sigprocmask} per
+disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire il controllo e
+riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde evitare
+l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe perso.
+
+Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
+sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
+può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
+e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
+alla gestione dati con un ciclo del tipo:
+\includecodesnip{listati/select_race.c}
+qui però emerge una \itindex{race~condition} \textit{race condition}, perché
+se il segnale arriva prima della chiamata a \func{select}, questa non verrà
+interrotta, e la ricezione del segnale non sarà rilevata.
+
+Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
+\param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
+contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
+ kernel 2.6.16, non era presente la relativa system call, e la funzione era
+ implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man
+ select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
+ \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una
+ soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe
+ trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes})
+ ed usare \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare
+ l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del
+ gestore dello stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima
+ della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla
+ presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così
+che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
+\includecodesnip{listati/pselect_norace.c}
+in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
+\func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
+interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
+
+
+\subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
+\label{sec:file_poll}
+
+Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
+\func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
+interfaccia, basata sulla funzione \funcd{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 \acr{libc} 5.4.28.} il cui
-prototipo è:
+ call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
+cui prototipo è:
\begin{prototype}{sys/poll.h}
{int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
-
-La funzione attente un cambiamento di stato per uno dei file descriptor
-specificati da \param{ufds}.
-\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} assumerà uno dei valori:
+ La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
+ descriptor.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
+ in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
+ ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
- degli insiemi.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
+ \macro{RLIMIT\_NOFILE}.
\end{errlist}
ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}
-La funzione tiene sotto controllo un numero \param{ndfs} di file descriptor
-specificati attraverso un vettore di puntatori a strutture \struct{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 millisecondi (un valore
-negativo indica un'attesa indefinita).
+La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
+file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
+vettore di strutture \struct{pollfd}. Come con \func{select} si può
+interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
+l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
+indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
+immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
+\textsl{non-bloccante}).
+
+Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
+\struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}. La
+struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
+prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
+descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
+maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
+controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
+risultato. Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
+struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
+tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
+\var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
+strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
- \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
-struct pollfd {
- int fd; /* file descriptor */
- short events; /* requested events */
- short revents; /* returned events */
-};
- \end{lstlisting}
+ \includestruct{listati/pollfd.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \struct{pollfd}, utilizzata per specificare le modalità
- di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
+ \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
+ modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
\label{fig:file_pollfd}
\end{figure}
-Per ciascun file da controllare deve essere opportunamente predisposta una
-struttura \struct{pollfd}; nel campo \var{fd} deve essere specificato il file
-descriptor, mentre nel campo \var{events} il tipo di evento su cui si vuole
-attendere; quest'ultimo deve essere specificato come maschera binaria dei
-primi tre valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags} (gli altri
-vengono utilizzati solo per \var{revents} come valori in uscita).
+Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
+binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
+tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
+suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
+per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
+uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
+nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
\hline
- \textbf{Flag} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{POLLIN} & 0x001 & È possibile la lettura immediata.\\
- \const{POLLPRI} & 0x002 & Sono presenti dati urgenti.\\
- \const{POLLOUT} & 0x004 & È possibile la scrittura immediata.\\
+ \const{POLLIN} & È possibile la lettura.\\
+ \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\
+ \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
+ \const{POLLPRI} & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
+ urgenti.\\
\hline
- \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.\\
+ \const{POLLOUT} & È possibile la scrittura immediata.\\
+ \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\
+ \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
\hline
- \const{POLLRDNORM}& 0x040 & Sono disponibili in lettura dati normali.\\
- \const{POLLRDBAND}& 0x080 & Sono disponibili in lettura dati ad alta
- priorità. \\
- \const{POLLWRNORM}& 0x100 & È possibile la scrittura di dati normali. \\
- \const{POLLWRBAND}& 0x200 & È possibile la scrittura di dati ad
- alta priorità. \\
- \const{POLLMSG} & 0x400 & Estensione propria di Linux.\\
+ \const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
+ \const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
+ \const{POLLNVAL} & Il file descriptor non è aperto.\\
+ \hline
+ \const{POLLMSG} & Definito per compatibilità con SysV.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
\label{tab:file_pollfd_flags}
\end{table}
-La funzione ritorna, restituendo il numero di file per i quali si è verificata
-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 \struct{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.
+Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
+compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
+\textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
+ presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
+ delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
+costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
+\textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}. In Linux la
+distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{out-of-band} dei socket
+(vedi sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll}
+reagisce alle varie condizioni dei socket torneremo in
+sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll}, dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo.
+Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati (come
+\const{POLLRDNORM} e \const{POLLRDBAND}) sono utilizzabili soltanto qualora si
+sia definita la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di
+ farlo sempre in testa al file, definirla soltanto prima di includere
+ \file{sys/poll.h} non è sufficiente.}
+
+In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
+positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
+o per i quali si è verificato un errore (nel qual caso vengono utilizzati i
+valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}). Un
+valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
+indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
+tramite \var{errno}.
+
+L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
+precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
+vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
+limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
+\textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
+dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
+dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
+ set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
+ qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
+ ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
+ memoria.}
+
+Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
+ descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
+che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
+da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
+da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
+\func{poll}.
+
+Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
+variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
+dei segnali nell'attesa su un file descriptor. Con l'introduzione di una
+implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
+anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
+
+In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
+prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
+definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
+se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/poll.h}
+ {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
+ const sigset\_t *sigmask)}
+
+ La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
+ descriptor.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
+ in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
+ ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{nfds} eccede il limite
+ \macro{RLIMIT\_NOFILE}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
+\end{prototype}
-Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
- multiplexing}, che è stata introdotto con le ultime revisioni dello standard
-(POSIX 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). Esso prevede che tutte le funzioni
-ad esso relative vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che
-sostituisce i precedenti, ed aggiunge a \func{select} una nuova funzione
-\funcd{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}
- 2.1. 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
- \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
- maggiore di 600.} il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/select.h}
- {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
- struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
+La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
+specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
+segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
+resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale. L'uso
+di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
+manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
+\includecodesnip{listati/ppoll_means.c}
+
+Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
+puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
+\func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
+risultati illustrati in precedenza.
+
+
+\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
+\label{sec:file_epoll}
+
+\itindbeg{epoll}
+
+Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
+anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
+un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
+ viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
+ descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
+ \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
+questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
+da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
+numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
+
+Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
+eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
+ sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
+trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
+delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
+aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà 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. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
+dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
+bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
+
+Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
+specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
+ in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
+informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
+attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
+prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
+osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
+presentano attività.
+
+Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
+(quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
+ triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
+ un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
+ nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
+descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
+avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
+di essi a partire dalla precedente notifica. Per chiarire meglio il concetto
+ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
+in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
+possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
+\textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
+\textsl{pronto}.
+
+La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
+vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
+\textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
+\textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
+diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
+notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
+byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i byte disponibili, e che
+il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
+ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
+
+Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
+servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
+ Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
+ sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
+discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
+tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
+ 2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
+ fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
+ stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
+ intorno a tutto ciò e niente di definito.} \textit{epoll} è in grado di
+operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
+
+La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
+dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
+utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
+ dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
+ file.} ma poi si è passati all'uso una apposita \textit{system call}. Il
+primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello di
+chiamare la funzione \funcd{epoll\_create}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_create(int size)}
- Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
- attivo.
+ Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
- \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} assumerà uno dei valori:
+ \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
+ $-1$ 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 in uno
- degli insiemi.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
+ positivo.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
+ nel sistema.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
+ l'istanza.
\end{errlist}
- ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
+}
\end{prototype}
-La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
-struttura \struct{timespec} per indicare con maggiore precisione il timeout e
-non ne aggiorna il valore in caso di interruzione, inoltre prende un argomento
-aggiuntivo \param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si
-veda \secref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da
-questa immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno
-della funzione.
+La funzione restituisce un file descriptor speciale,\footnote{esso non è
+ associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali file
+ descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un socket
+ locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche \textit{epoll
+ descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata dal kernel
+per gestire la notifica degli eventi; l'argomento \param{size} serve a dare
+l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
+controllo, ma costituisce solo un suggerimento per semplificare l'allocazione
+di risorse sufficienti, non un valore massimo.
+
+Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
+indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
+controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
+\funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
+
+ Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
+ validi.
+ \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
+ \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
+ con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
+ l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
+ \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
+ \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
+ l'operazione richiesta.
+ \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
-L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
-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\index{race condition} resta.} quando si
-deve eseguire un test su una variabile assegnata da un gestore 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\index{race condition}
-diventa superabile disabilitando il segnale prima del test e riabilitandolo
-poi grazie all'uso di \param{sigmask}.
+Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
+\param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
+Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
+sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
+delle operazioni cui fanno riferimento.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
+ \param{fd} alla lista dei file descriptor
+ controllati tramite \param{epfd}, in
+ \param{event} devono essere specificate le
+ modalità di osservazione.\\
+ \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
+ descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
+ \param{event}.\\
+ \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
+ dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
+ operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.}
+ \label{tab:epoll_ctl_operation}
+\end{table}
+La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
+\textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
+una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
+file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
+un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
+file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
+L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
+di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
+\const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
+indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
+sotto controllo. L'argomento viene ignorato con l'operazione
+\const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
+ che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato, a
+ partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \texttt{NULL}.}
-\subsection{L'I/O asincrono}
-\label{sec:file_asyncronous_io}
-Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} è quella di
-fare ricorso al cosiddetto \textsl{I/O asincrono}. Il concetto base
-dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni di I/O non attendono il
-completamento delle operazioni prima di ritornare, così che il processo non
-viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio possibile effettuare una
-richiesta preventiva di dati, in modo da poter effettuare in contemporanea le
-operazioni di calcolo e quelle di I/O.
-
-Abbiamo accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile, attraverso l'uso
-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 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
-\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 \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.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/epoll_event.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
+ gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
+ \textit{epoll}.}
+ \label{fig:epoll_event}
+\end{figure}
+
+La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
+quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
+impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
+\func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti. La sua
+definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}.
+
+Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
+corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
+deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
+tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, serve ad indicare a
+quale file descriptor si intende fare riferimento, ed in astratto può
+contenere un valore qualsiasi che permetta di identificarlo, di norma comunque
+si usa come valore lo stesso \param{fd}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{EPOLLIN} & Il file è pronto per le operazioni di lettura
+ (analogo di \const{POLLIN}).\\
+ \const{EPOLLOUT} & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
+ (analogo di \const{POLLOUT}).\\
+ \const{EPOLLRDHUP} & L'altro capo di un socket di tipo
+ \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
+ ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
+ della stessa (vedi sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\\
+ \const{EPOLLPRI} & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
+ disponibili in lettura (analogo di
+ \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
+ riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
+ in ingresso.\\
+ \const{EPOLLERR} & Si è verificata una condizione di errore
+ (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
+ viene comunque riportata in uscita, e non è
+ necessaria impostarla in ingresso.\\
+ \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up.\\
+ \const{EPOLLET} & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
+ triggered} per il file descriptor associato.\\
+ \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
+ descriptor associato.\footnotemark\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
+ \struct{epoll\_event}.}
+ \label{tab:epoll_events}
+\end{table}
+
+\footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.2.}
+
+Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedano che si definisca qual'è
+l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
+\textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
+\const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
+ chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
+ una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
+ grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
+ funzione \func{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
+ le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
+\const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
+osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
+osservazione.
+
+Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
+sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
+descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
+registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}. Si tenga
+presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
+su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
+notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
+
+Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
+si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
+\const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
+osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
+non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
+
+Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
+\const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
+quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
+di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
+ quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
+(ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
+condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
+ logica \textit{edge triggered}.}
+
+Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
+\const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
+notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
+descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
+automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
+ ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
+essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
+chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
+
+Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
+i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
+di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
+ timeout)}
+
+ Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
+ caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
+ \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
+ della scadenza di \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
+ con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
+nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
+specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
+registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
+(che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
+dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
+con l'argomento \param{maxevents}.
+
+La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
+sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
+oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
+indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
+ caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
+un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
+un intero positivo.
+
+Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
+strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
+campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
+eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
+stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
+questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
+\const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
+identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
+ è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
+
+Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
+come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
+\textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
+che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
+questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
+presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
+dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD} questi verrebbero riletti alla
+luce delle modifiche.
+
+Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
+il ritorno di \func{epoll\_wait} indica un file descriptor è pronto e resterà
+tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su di esso.
+Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di
+\errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una \func{write},\footnote{è
+ opportuno ricordare ancora una volta che l'uso dell'I/O multiplexing
+ richiede di operare sui file in modalità non bloccante.} ma questa non è la
+sola modalità possibile, ad esempio la condizione può essere riconosciuta
+anche con il fatto che sono stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
+
+Come le precedenti \func{select} e \func{poll}, le funzioni dell'interfaccia
+di \textit{epoll} vengono utilizzate prevalentemente con i server di rete,
+quando si devono tenere sotto osservazione un gran numero di socket; per
+questo motivo rimandiamo di nuovo la trattazione di un esempio concreto a
+quando avremo esaminato in dettaglio le caratteristiche dei socket, in
+particolare si potrà trovare un programma che utilizza questa interfaccia in
+sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
+
+
+\itindend{epoll}
+
+
+
+\section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
+\label{sec:file_asyncronous_access}
+
+Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
+le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
+debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
+gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
+contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
+\textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
+attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
+nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
+norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
+\textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
+operazioni di I/O volute.
+
+
+\subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
+\label{sec:file_asyncronous_operation}
+
+Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile, attraverso
+l'uso 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 impostando questo flag
+attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
+
+In realtà parlare di apertura in modalità asincrona non significa che le
+operazioni di lettura o scrittura del file vengono eseguite in modo asincrono
+(tratteremo questo, che è ciò che più propriamente viene chiamato \textsl{I/O
+ asincrono}, in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione
+un meccanismo di notifica asincrona delle variazione dello stato del file
+descriptor aperto in questo modo. Quello che succede in questo caso è che il
+sistema genera un segnale (normalmente \const{SIGIO}, ma è possibile usarne
+altri con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}) tutte le volte che
+diventa possibile leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in
+questa modalità.\footnote{questa modalità non è utilizzabile con i file
+ ordinari ma solo con socket, file di terminale o pseudo terminale, e, a
+ partire dal kernel 2.6, anche per fifo e pipe.}
+
+Si può inoltre selezionare, con il comando \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl},
+quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale. Se pertanto si
+effettuano le operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale non ci
+sarà più la necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di
+accesso ai file.
+
+Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di
+Linux, chiamano questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''. Questa è
+ancora un'altra modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di
+\itindex{epoll} \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con
+ questa tecnica sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è
+ utilizzabile anche con kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli
+ della serie 2.4, ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si
+ hanno con \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle
+funzioni \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in
+sez.~\ref{sec:file_epoll}, quando vengono usate con un numero molto grande di
+file descriptor, non hanno buone prestazioni.
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 \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma estesa
-\var{sa\_sigaction} del gestore (si riveda quanto illustrato in
-\secref{sec:sig_sigaction}).
+presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
+file descriptor sono più di uno, qual è quello responsabile dell'emissione del
+segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
+illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
+descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
+verrebbero notificati una volta sola.
+
+Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
+accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
+In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
+restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
+estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
+\const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
+sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
-(vedi \secref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
+(vedi sez.~\ref{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
-gestore tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del
+gestore, 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
\struct{siginfo\_t}, troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file
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 \const{SIGIO}, su cui si accumuleranno tutti i segnali
-in eccesso, e si dovrà determinare al solito modo quali sono i file diventati
-attivi.
+Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
+ultimi 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, dato che i segnali real-time supportano
+anche questa funzionalità. 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.
+
+Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
+più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
+suo posto un solo \const{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
+in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
+diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
+impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
+identica al valore massimo del numero di file descriptor
+utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
+ \procfile{/proc/sys/kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
+ \procfile{/proc/sys/fs/file-max}.}
+
+% TODO fare esempio che usa O_ASYNC
+
+
+\subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
+\label{sec:file_asyncronous_lease}
+
+Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
+quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La
+risposta\footnote{o meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ
+ \cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
+ Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
+possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
+classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
+\textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
+motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
+modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
+ \const{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
+ programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
+configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
+modifiche.
+
+Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
+generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
+dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
+funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
+all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
+erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
+era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
+lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
+nessuna funzionalità di notifica.
+
+Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
+tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
+interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
+filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
+permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
+soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
+\itindex{polling} \textit{polling}.
+
+Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
+standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
+supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
+partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
+\textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_fcntl}), che divengono disponibili soltanto se si è
+definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \file{fcntl.h}.
+
+\index{file!lease|(}
+
+La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
+questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
+ holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
+\textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
+\func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
+\textit{lease}.
+
+La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in precedenza per
+l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al \textit{lease holder}
+il segnale \const{SIGIO}, ma questo segnale può essere modificato usando il
+comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}.\footnote{anche in questo caso si
+ può rispecificare lo stesso \const{SIGIO}.} Se si è fatto questo\footnote{è
+ in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per utilizzare segnali
+ real-time.} e si è installato il gestore del segnale con \const{SA\_SIGINFO}
+si riceverà nel campo \var{si\_fd} della struttura \struct{siginfo\_t} il
+valore del file descriptor del file sul quale è stato compiuto l'accesso; in
+questo modo un processo può mantenere anche più di un \textit{file lease}.
+
+Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
+di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
+un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
+\func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
+il file viene aperto il lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
+può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
+
+Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl} il comando di \func{fcntl} che
+consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che viene
+utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file descriptor \param{fd}
+passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il file su cui si vuole
+operare, mentre per indicare il tipo di operazione (acquisizione o rilascio)
+occorrerà specificare come valore dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl}
+uno dei tre valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
+ \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
+ \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
+ \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
+ \const{F\_GETLEASE}.}
+ \label{tab:file_lease_fctnl}
+\end{table}
+
+Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
+occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
+comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
+uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
+presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
+\const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
+
+Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
+su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
+(pipe e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non privilegiato
+può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
+\acr{uid} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
+privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
+\const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
+\textit{lease} su qualunque file.
+
+Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
+esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
+esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
+ se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
+ lease}.} la funzione si blocca\footnote{a meno di non avere aperto il file
+ con \const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore
+ di \errcode{EWOULDBLOCK}.} e viene eseguita la notifica al \textit{lease
+ holder}, così che questo possa completare le sue operazioni sul file e
+rilasciare il \textit{lease}. In sostanza con un \textit{read lease} si
+rilevano i tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un
+altro processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i
+tentativi di accesso in lettura. Si noti comunque che le operazioni di
+notifica avvengono solo in fase di apertura del file e non sulle singole
+operazioni di lettura e scrittura.
+
+L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
+assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
+altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
+esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
+provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
+eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
+\textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
+comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
+\const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
+operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
+\const{F\_RDLCK}.
+
+Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
+il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
+\procfile{/proc/sys/fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
+declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
+ evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
+ acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
+rilasciato o declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal
+kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
+\textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
+
+
+\index{file!dnotify|(}
+
+Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
+parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
+risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
+directory vengono modificati, che è quanto necessario ad esempio ai programma
+di gestione dei file dei vari desktop grafici.
+
+Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
+un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
+ specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
+ portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
+ stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
+che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
+dei file in essa contenuti, viene modificato. Come per i \textit{file lease}
+la notifica avviene di default attraverso il segnale \const{SIGIO}, ma se ne
+può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
+ precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
+come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
+descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
+\struct{siginfo\_t}.
+
+\index{file!lease|)}
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
+ \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\
+ \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
+ fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev},
+ \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\
+ \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
+ l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
+ \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
+ \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
+ directory).\\
+ \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
+ l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
+ (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
+ \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
+ directory (con \func{rename}).\\
+ \const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
+ l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
+ \func{utime}.\\
+ \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
+ eventi.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
+ si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.}
+ \label{tab:file_notify}
+\end{table}
+
+Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
+certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
+associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
+l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
+eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
+binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
+tab.~\ref{tab:file_notify}.
+
+A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
+valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
+sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
+richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
+se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
+chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
+ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
+specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
+nelle precedenti. Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
+specificare un valore nullo.
+
+\index{file!inotify|(}
+
+Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
+usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
+controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
+quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
+rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
+l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
+complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
+
+Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
+tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
+viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
+(operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
+numero di file). Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
+comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
+sez.~\ref{sec:sig_adv_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
+quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
+problematica.
+
+\index{file!dnotify|)}
+
+Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
+interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
+\textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
+ 2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.} Anche
+questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
+si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
+notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
+di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}. La
+coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_init(void)}
+
+ Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
+ $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
+ \textit{inotify} consentite all'utente.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
+ nel sistema.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
+ l'istanza.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
+\textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
+effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
+ di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
+ istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
+ questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
+ \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
+descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
+utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
+osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
+directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
+file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
+eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
+ \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
+ su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
+
+Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
+essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
+con l'interfaccia di \textit{epoll}; siccome gli eventi vengono notificati
+come dati disponibili in lettura, dette funzioni ritorneranno tutte le volte
+che si avrà un evento di notifica. Così, invece di dover utilizzare i
+segnali,\footnote{considerati una pessima scelta dal punto di vista
+ dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione degli eventi con
+una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing} illustrate in
+sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare l'osservazione,
+sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le risorse allocate
+saranno automaticamente rilasciate.
+
+Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
+osservazione, oltre che una directory, anche singoli file. Una volta creata
+la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto
+osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione}
+(o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
+osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
+\funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
+
+ Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
+ $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EACCESS}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
+ non è un file descriptor di \textit{inotify}.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
+ osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
+``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
+deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
+nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
+ descriptor creato con \func{inotify\_init}.} Il file o la directory da
+porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
+nell'argomento \param{pathname}. Infine il terzo argomento, \param{mask},
+indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
+modalità della stessa. L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
+directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
+ caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
+ valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
+ \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
+un solo file descriptor.
+
+Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
+nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
+costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
+singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
+con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
+vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene. Nella seconda
+parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
+flag della prima parte.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_ACCESS} &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
+ lettura.\\
+ \const{IN\_ATTRIB} &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
+ dell'inode (o sugli attributi
+ estesi, vedi
+ sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\
+ \const{IN\_CLOSE\_WRITE} &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
+ scrittura.\\
+ \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
+ sola lettura.\\
+ \const{IN\_CREATE} &$\bullet$& È stato creato un file o una
+ directory in una directory sotto
+ osservazione.\\
+ \const{IN\_DELETE} &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
+ directory in una directory sotto
+ osservazione.\\
+ \const{IN\_DELETE\_SELF} & -- & È stato cancellato il file (o la
+ directory) sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MODIFY} &$\bullet$& È stato modificato il file.\\
+ \const{IN\_MOVE\_SELF} & & È stato rinominato il file (o la
+ directory) sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MOVED\_FROM} &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
+ directory sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MOVED\_TO} &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
+ directory sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_OPEN} &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\
+ \hline
+ \const{IN\_CLOSE} & & Combinazione di
+ \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
+ \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\
+ \const{IN\_MOVE} & & Combinazione di
+ \const{IN\_MOVED\_FROM} e
+ \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
+ \const{IN\_ALL\_EVENTS} & & Combinazione di tutti i flag
+ possibili.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
+ tipo di evento da tenere sotto osservazione.}
+ \label{tab:inotify_event_watch}
+\end{table}
+
+Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
+evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
+tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
+flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
+ \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
+ usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.} riportati in
+tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
+osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
+contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
+ link simbolico.\\
+ \const{IN\_MASK\_ADD} & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
+ nell'argomento \param{mask}, invece di
+ sovrascriverli.\\
+ \const{IN\_ONESHOT} & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
+ sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
+ list}.\\
+ \const{IN\_ONLYDIR} & Se \param{pathname} è una directory riporta
+ soltanto gli eventi ad essa relativi e non
+ quelli per i file che contiene.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
+ modalità di osservazione.}
+ \label{tab:inotify_add_watch_flag}
+\end{table}
+
+Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
+questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
+altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
+non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
+specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
+
+Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
+restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
+essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
+flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
+relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
+osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
+contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
+sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
+ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
+
+Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
+singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltanto a partire dal
+ kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
+richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
+automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
+sarà più notificato.
+
+In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
+detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
+\textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
+riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
+la eventuale rimozione dello stesso.
+
+La seconda funzione per la gestione delle code di notifica, che permette di
+rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch}, ed il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
+
+ Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
+ non è associato ad una coda di notifica.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
+\param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
+\param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
+ valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
+ di \errval{EINVAL}.} in caso di successo della rimozione, contemporaneamente
+alla cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
+evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
+tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
+viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
+rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
+\func{inotify\_rm\_watch}.
+
+Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
+notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
+coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
+con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
+una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
+riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
+\func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
+modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/inotify_event.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
+ \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
+ \label{fig:inotify_event}
+\end{figure}
+
+Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
+permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
+socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
+lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
+\const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_ioctl}), che è disponibile solo per i socket e per
+ i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così utilizzare
+questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di lettura con un
+buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente il numero di
+file che sono cambiati.
+
+Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
+associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
+Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
+restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
+osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
+maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
+compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
+tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori
+aggiuntivi\footnote{questi compaiono solo nel campo \var{mask} di
+ \struct{inotify\_event}, e non utilizzabili in fase di registrazione
+ dell'osservatore.} di tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_IGNORED} & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera
+ esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch},
+ che in maniera implicita per la rimozione
+ dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
+ filesystem su cui questo si trova.\\
+ \const{IN\_ISDIR} & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
+ (consente così di distinguere, quando si pone
+ sotto osservazione una directory, fra gli eventi
+ relativi ad essa e quelli relativi ai file che
+ essa contiene).\\
+ \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
+ eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
+ caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
+ \const{IN\_UNMOUNT} & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
+ osservazione è stato smontato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
+ binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.}
+ \label{tab:inotify_read_event_flag}
+\end{table}
+
+\footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima specificata dal
+ parametro di sistema \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_queued\_events} che
+ indica il numero massimo di eventi che possono essere mantenuti sulla
+ stessa; quando detto valore viene ecceduto gli ulteriori eventi vengono
+ scartati, ma viene comunque generato un evento di tipo
+ \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
+
+Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
+identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
+viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
+così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
+\const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
+
+Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
+l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
+osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
+(come pathname relativo alla directory osservata) e la relativa dimensione in
+byte. Il campo \var{name} viene sempre restituito come stringa terminata da
+NUL, con uno o più zeri di terminazione, a seconda di eventuali necessità di
+allineamento del risultato, ed il valore di \var{len} corrisponde al totale
+della dimensione di \var{name}, zeri aggiuntivi compresi. La stringa con il
+nome del file viene restituita nella lettura subito dopo la struttura
+\struct{inotify\_event}; questo significa che le dimensioni di ciascun evento
+di \textit{inotify} saranno pari a \code{sizeof(\struct{inotify\_event}) +
+ len}.
+
+Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
+semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
+directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
+completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
+del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
+funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
+ \label{fig:inotify_monitor_example}
+\end{figure}
+
+Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo principale del
+programma inizia controllando (\texttt{\small 11--15}) che sia rimasto almeno
+un argomento che indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e
+qualora questo non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che
+passa (\texttt{\small 16--20}) all'inizializzazione di \textit{inotify}
+ottenendo con \func{inotify\_init} il relativo file descriptor (oppure usce in
+caso di errore).
+
+Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21--30}) alla coda di
+notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
+all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
+(\texttt{\small 22--29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
+zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
+argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
+\func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
+degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
+nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
+altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
+
+Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
+(\texttt{\small 32--56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
+eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
+ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
+si saranno verificati eventi.
+
+Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
+una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
+dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
+approssimativamente 512 eventi.\footnote{si ricordi che la quantità di dati
+ restituita da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza
+ del nome del file restituito insieme a \struct{inotify\_event}.} In caso di
+errore di lettura (\texttt{\small 35--40}) il programma esce con un messaggio
+di errore (\texttt{\small 37--39}), a meno che non si tratti di una
+interruzione della system call, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la
+lettura.
+
+Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
+ 43--52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
+l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
+(\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
+in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna\footnote{si
+ noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del puntatore.} alla
+variabile \var{event} l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
+\struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
+\textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
+riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
+comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
+in ordine progressivo crescente a partire da 1.
+
+Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
+si stampa (\texttt{\small 47--49}); si noti come in questo caso si sia
+utilizzato il valore del campo \var{event->len} e non al fatto che
+\var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo.\footnote{l'interfaccia
+ infatti, qualora il nome non sia presente, non avvalora il campo
+ \var{event->name}, che si troverà a contenere quello che era precedentemente
+ presente nella rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il
+ puntatore al nome di un file osservato in precedenza.} Si utilizza poi
+(\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che interpreta il valore
+del campo \var{event->mask} per stampare il tipo di eventi
+accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto non
+ essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare direttamente
+ i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si provvede ad
+aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento successivo.
+
+Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
+da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
+tipo di:
+\begin{verbatim}
+piccardi@gethen:~/gapil/sources$ ./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/
+Watch descriptor 1
+Observed event on /home/piccardi/gapil/
+IN_OPEN,
+Watch descriptor 1
+Observed event on /home/piccardi/gapil/
+IN_CLOSE_NOWRITE,
+\end{verbatim}
+
+I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
+eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
+funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
+perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
+avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
+specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
+evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
+tale evenienza non si verificherà mai.
+
+Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
+evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
+codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
+verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
+il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
+garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
+di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
+nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
+ riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
+ \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
+ soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
+ quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
+entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
+chiamata di \func{read}.
+
+Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
+eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
+garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
+generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
+verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
+dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
+raggruppati in un solo evento.
+
+\index{file!inotify|)}
+
+
+\subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
+\label{sec:file_asyncronous_io}
+
+Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
+dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
+ asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
+di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
+così che il processo non viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio
+possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
+effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
-varie occasioni (in particolar modo con i socket\index{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
+varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
+le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente} 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 anche una interfaccia apposita per l'I/O
-asincrono, che prevede un insieme di funzioni dedicate, completamente separate
-rispetto a quelle usate normalmente.
+standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
+e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la lettura e la
+scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle usate
+normalmente.
In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
-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 (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, ed accessibile linkando i programmi con la
-libreria \file{librt}. Esistono comunque vari progetti sperimentali (come il
-KAIO della SGI, o i patch di Benjamin La Haise) che prevedono un supporto
-diretto da parte del kernel.
+di thread. Per le versioni del kernel meno recenti esiste una implementazione
+di questa interfaccia fornita delle \acr{glibc}, che è realizzata
+completamente in user space, ed è accessibile linkando i programmi con la
+libreria \file{librt}. Nelle versioni più recenti (a partire dalla 2.5.32) è
+stato introdotto direttamente nel kernel un nuovo layer per l'I/O asincrono.
Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{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
+\file{aio.h}, è riportata in fig.~\ref{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}
+ \includestruct{listati/aiocb.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \struct{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
+ \caption{La struttura \structd{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.
+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.
+partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
+cui viene sottratto il valore di questo campo. Il campo
+\var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
+come vedremo, 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;
- void (*sigev_notify_function)(sigval_t);
- pthread_attr_t *sigev_notify_attributes;
-};
- \end{lstlisting}
+ \includestruct{listati/sigevent.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \struct{sigevent}, usata per specificare le modalità di
- notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
+ \caption{La struttura \structd{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 \struct{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}}
+riportata in fig.~\ref{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{2.6cm}}
\item[\const{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
\item[\const{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
chiamante il segnale specificato da \var{sigev\_signo}; se il gestore di
questo è stato installato con \const{SA\_SIGINFO} gli verrà restituito il
valore di \var{sigev\_value} (la cui definizione è in
- \figref{fig:sig_sigval}) come valore del campo \var{si\_value} di
+ fig.~\ref{fig:sig_sigval}) come valore del campo \var{si\_value} di
\struct{siginfo\_t}.
\item[\const{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
thread che esegue la funzione specificata da \var{sigev\_notify\_function}
\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
+ \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.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
\end{errlist}
}
\end{functions}
\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
+il file non sia stato aperto in \itindex{append~mode} \textit{append mode}
+(vedi sez.~\ref{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}
+richiesta. Questo comporta che non si devono 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 \struct{aiocb}.
+un'altra operazione fintanto che la precedente non sia stata ultimata. In
+generale per ogni operazione si deve utilizzare una diversa struttura
+\struct{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
\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, \funcd{aio\_return}, che
+che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
+\errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
suo prototipo è:
\begin{prototype}{aio.h}
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
+disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O,
+compiuta dalla funzione \funcd{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)}
+{int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)}
Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
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}).
+sez.~\ref{sec:file_sync}).
Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
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, \funcd{aio\_cancel}, che
+standard POSIX.1b prevede una funzione apposita, \funcd{aio\_cancel}, che
permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{aio.h}
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}):
+altro file descriptor il risultato è indeterminato. In caso di successo, i
+possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} (anch'essi definiti in
+\file{aio.h}) sono tre:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
\item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
cancellazione sono state già completate,
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
+ \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.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
\end{errlist}
}
\end{prototype}
\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
+ \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.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è passato un valore di \param{mode} non valido
+ o un numero di operazioni \param{nent} maggiore di
+ \const{AIO\_LISTIO\_MAX}.
+ \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:
+La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate nella
+lista \param{list} che deve contenere gli indirizzi di altrettanti
+\textit{control block} opportunamente inizializzati; in particolare dovrà
+essere specificato il tipo di operazione con il campo \var{aio\_lio\_opcode},
+che può prendere i 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 \struct{aiocb}.
-
-
-
-\subsection{I/O vettorizzato}
-\label{sec:file_multiple_io}
-
-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. 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.
+dove \const{LIO\_NOP} viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
+dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si
+sono dovute cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per
+quelle non completate.
-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, \funcd{readv} e \funcd{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}
+L'argomento \param{mode} controlla il comportamento della funzione, se viene
+usato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si blocca fino al completamento
+di tutte le operazioni richieste; se si usa \const{LIO\_NOWAIT} la funzione
+ritorna immediatamente dopo aver messo in coda tutte le richieste. In tal 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 \struct{aiocb}.
-Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{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 \struct{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
- vettorizzato.}
- \label{fig:file_iovec}
-\end{figure}
+\section{Altre modalità di I/O avanzato}
+\label{sec:file_advanced_io}
-I buffer da utilizzare sono indicati attraverso l'argomento \param{vector} che
-è un vettore di strutture \struct{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 \param{vector}.
+Oltre alle precedenti modalità di \textit{I/O multiplexing} e \textsl{I/O
+ asincrono}, esistono altre funzioni che implementano delle modalità di
+accesso ai file più evolute rispetto alle normali funzioni di lettura e
+scrittura che abbiamo esaminato in sez.~\ref{sec:file_base_func}. In questa
+sezione allora prenderemo in esame le interfacce per l'\textsl{I/O mappato in
+ memoria}, per l'\textsl{I/O vettorizzato} e altre funzioni di I/O avanzato.
\subsection{File mappati in memoria}
\label{sec:file_memory_map}
+\itindbeg{memory~mapping}
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
+rispetto a quella classica vista in cap.~\ref{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.
-
+\textsl{paginazione} \index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
+file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo.
+ che lo ha allocato
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=9.5cm]{img/mmap_layout}
+ \includegraphics[width=12cm]{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
+Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
+file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
+programma. Tutte le operazioni di lettura e scrittura su variabili contenute
+in questa zona di memoria verranno eseguite leggendo e scrivendo dal contenuto
+del file attraverso il sistema della memoria virtuale \index{memoria~virtuale}
+che in maniera analoga a quanto avviene per le pagine che vengono salvate e
+rilette nella swap, si incaricherà di sincronizzare il contenuto di quel
+segmento di memoria con quello del file mappato su di esso. Per questo motivo
+si può parlare tanto di \textsl{file mappato in memoria}, quanto di
+\textsl{memoria mappata su file}.
+
+L'uso del \textit{memory-mapping} 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, poiché 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
+\index{memoria~virtuale} 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 \funcd{mmap}, che serve ad eseguire la mappatura
-in memoria di un file; il suo prototipo è:
+L'interfaccia POSIX implementata da Linux prevede varie funzioni per la
+gestione del \textit{memory mapped I/O}, la prima di queste, che serve ad
+eseguire la mappatura in memoria di un file, è \funcd{mmap}; il suo prototipo
+è:
\begin{functions}
\headdecl{unistd.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}.
+ Esegue la mappatura in memoria della sezione specificata 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
+ \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
+ \item[\errcode{EACCES}] o \param{fd} non si riferisce ad un file regolare,
+ o si è usato \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è aperto in lettura,
+ o si è usato \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
+ \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
+ \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria
+ rispetto a quanto consentito dai limiti di sistema (vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
+ \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
+ \item[\errcode{ENODEV}] il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
mapping.
+ \item[\errcode{EPERM}] l'argomento \param{prot} ha richiesto
+ \const{PROT\_EXEC}, ma il filesystem di \param{fd} è montato con
+ l'opzione \texttt{noexec}.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è superato il limite del sistema sul numero di
+ file aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
\end{errlist}
}
\end{functions}
\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
+ questi segmenti il kernel mantiene nella \itindex{page~table} \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
+riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}; 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,
+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}.
+tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
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. \\
+ 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
+ \func{munmap}), e solo allora le modifiche saranno
visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
- con \const{MAP\_PRIVATE}. \\
+ 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
+ il meccanismo del \textit{copy on
+ write} \itindex{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}. \\
+ 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. \\
+ \textit{DoS} \itindex{Denial~of~Service~(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}
+ delle pagine di swap ad uso del meccanismo del
+ \textit{copy on write} \itindex{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}. \\
+ un \const{SIGSEGV}.\\
\const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
- mappate. \\
- \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli stack. Indica
+ mappate.\\
+ \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} 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.\\
+ \const{MAP\_FILE} & Valore di compatibilità, ignorato.\\
+ \const{MAP\_32BIT} & Esegue la mappatura sui primi 2GiB dello spazio
+ degli indirizzi, viene supportato solo sulle
+ piattaforme \texttt{x86-64} per compatibilità con
+ le applicazioni a 32 bit. Viene ignorato se si è
+ richiesto \const{MAP\_FIXED}.\\
+ \const{MAP\_POPULATE} & Esegue il \itindex{prefaulting}
+ \textit{prefaulting} delle pagine di memoria
+ necessarie alla mappatura.\\
+ \const{MAP\_NONBLOCK} & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
+ non causa I/O.\footnotemark\\
+% \const{MAP\_DONTEXPAND}& Non consente una successiva espansione dell'area
+% mappata con \func{mremap}, proposto ma pare non
+% implementato.\\
\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.
+tutto quanto è comunque basato sul meccanismo della \index{memoria~virtuale}
+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\index{paginazione}, la mappatura in memoria non può che essere
+paginazione \index{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.
+effettive del file o della sezione che si vuole mappare.
-\begin{figure}[htb]
+\footnotetext[68]{dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
+ memoria.}
+
+\footnotetext[69]{l'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è stato
+ implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x; esso consente
+ di creare segmenti di memoria condivisa e torneremo sul suo utilizzo in
+ sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}.}
+
+\footnotetext{questo flag ed il precedente \const{MAP\_POPULATE} sono stati
+ introdotti nel kernel 2.5.46 insieme alla mappatura non lineare di cui
+ parleremo più avanti.}
+
+\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_boundary}
+ \includegraphics[height=6cm]{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}
+Il caso più comune è quello illustrato in fig.~\ref{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.
+
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
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}.
+\const{SIGBUS}, come illustrato in fig.~\ref{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
+in fig.~\ref{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 \func{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)
+sez.~\ref{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.
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_exceed}
+ \caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
+ alla lunghezza richiesta.}
+ \label{fig:file_mmap_exceed}
+\end{figure}
+
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
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
+esso associati (di cui si è trattato in sez.~\ref{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
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.
+direttamente dalla \index{memoria~virtuale}memoria virtuale, occorre essere
+consapevoli delle interazioni che possono esserci con operazioni effettuate
+con l'interfaccia standard dei file di cap.~\ref{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
\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
+ \item[\errcode{EINVAL}] o \param{start} non è multiplo di
+ \const{PAGE\_SIZE}, 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}
}
siano invalidate.\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit per la maschera binaria
+ 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
+dei valori riportati in tab.~\ref{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
\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
+ \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.
+La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato con
+\param{start} e \param{length}; 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, e la mappatura di tutte le pagine
+contenute anche parzialmente nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
+Indicare un intervallo che non contiene mappature non è un errore. Si tenga
+presente inoltre che alla conclusione di un processo ogni pagina mappata verrà
+automaticamente rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per
+il \textit{memory mapping} non ha alcun effetto su di esso.
+
+Lo standard POSIX prevede anche una funzione che permetta di cambiare le
+protezioni delle pagine di memoria; lo standard prevede che essa si applichi
+solo ai \textit{memory mapping} creati con \func{mmap}, ma nel caso di Linux
+la funzione può essere usata con qualunque pagina valida nella memoria
+virtuale. Questa funzione è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+% \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int mprotect(const void *addr, size\_t len, int prot)}
+
+ Modifica le protezioni delle pagine di memoria comprese nell'intervallo
+ specificato.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{addr} non è valido o non è un
+ multiplo di \const{PAGE\_SIZE}.
+ \item[\errcode{EACCESS}] l'operazione non è consentita, ad esempio si è
+ cercato di marcare con \const{PROT\_WRITE} un segmento di memoria cui si
+ ha solo accesso in lettura.
+% \item[\errcode{ENOMEM}] non è stato possibile allocare le risorse
+% necessarie all'interno del kernel.
+% \item[\errcode{EFAULT}] si è specificato un indirizzo di memoria non
+% accessibile.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{ENOMEM} ed \errval{EFAULT}.
+ }
+\end{functions}
+
+
+La funzione prende come argomenti un indirizzo di partenza in \param{addr},
+allineato alle dimensioni delle pagine di memoria, ed una dimensione
+\param{size}. La nuova protezione deve essere specificata in \param{prot} con
+una combinazione dei valori di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}. La nuova
+protezione verrà applicata a tutte le pagine contenute, anche parzialmente,
+dall'intervallo fra \param{addr} e \param{addr}+\param{size}-1.
+
+Infine Linux supporta alcune operazioni specifiche non disponibili su altri
+kernel unix-like. La prima di queste è la possibilità di modificare un
+precedente \textit{memory mapping}, ad esempio per espanderlo o restringerlo.
+Questo è realizzato dalla funzione \funcd{mremap}, il cui prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{void * mremap(void *old\_address, size\_t old\_size , size\_t
+ new\_size, unsigned long flags)}
+
+ Restringe o allarga una mappatura in memoria di un file.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce l'indirizzo alla nuova area di memoria in
+ caso di successo od il valore \const{MAP\_FAILED} (pari a \texttt{(void *)
+ -1}) in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
+ valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{old\_address} non è un
+ puntatore valido.
+ \item[\errcode{EFAULT}] ci sono indirizzi non validi nell'intervallo
+ specificato da \param{old\_address} e \param{old\_size}, o ci sono altre
+ mappature di tipo non corrispondente a quella richiesta.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente oppure l'area di
+ memoria non può essere espansa all'indirizzo virtuale corrente, e non si
+ è specificato \const{MREMAP\_MAYMOVE} nei flag.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] il segmento di memoria scelto è bloccato e non può
+ essere rimappato.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione richiede come argomenti \param{old\_address} (che deve essere
+allineato alle dimensioni di una pagina di memoria) che specifica il
+precedente indirizzo del \textit{memory mapping} e \param{old\_size}, che ne
+indica la dimensione. Con \param{new\_size} si specifica invece la nuova
+dimensione che si vuole ottenere. Infine l'argomento \param{flags} è una
+maschera binaria per i flag che controllano il comportamento della funzione.
+Il solo valore utilizzato è \const{MREMAP\_MAYMOVE}\footnote{per poter
+ utilizzare questa costante occorre aver definito \macro{\_GNU\_SOURCE} prima
+ di includere \file{sys/mman.h}.} che consente di eseguire l'espansione
+anche quando non è possibile utilizzare il precedente indirizzo. Per questo
+motivo, se si è usato questo flag, la funzione può restituire un indirizzo
+della nuova zona di memoria che non è detto coincida con \param{old\_address}.
+
+La funzione si appoggia al sistema della \index{memoria~virtuale} memoria
+virtuale per modificare l'associazione fra gli indirizzi virtuali del processo
+e le pagine di memoria, modificando i dati direttamente nella
+\itindex{page~table} \textit{page table} del processo. Come per
+\func{mprotect} la funzione può essere usata in generale, anche per pagine di
+memoria non corrispondenti ad un \textit{memory mapping}, e consente così di
+implementare la funzione \func{realloc} in maniera molto efficiente.
+
+Una caratteristica comune a tutti i sistemi unix-like è che la mappatura in
+memoria di un file viene eseguita in maniera lineare, cioè parti successive di
+un file vengono mappate linearmente su indirizzi successivi in memoria.
+Esistono però delle applicazioni\footnote{in particolare la tecnica è usata
+ dai database o dai programmi che realizzano macchine virtuali.} in cui è
+utile poter mappare sezioni diverse di un file su diverse zone di memoria.
+
+Questo è ovviamente sempre possibile eseguendo ripetutamente la funzione
+\func{mmap} per ciascuna delle diverse aree del file che si vogliono mappare
+in sequenza non lineare,\footnote{ed in effetti è quello che veniva fatto
+ anche con Linux prima che fossero introdotte queste estensioni.} ma questo
+approccio ha delle conseguenze molto pesanti in termini di prestazioni.
+Infatti per ciascuna mappatura in memoria deve essere definita nella
+\itindex{page~table} \textit{page table} del processo una nuova area di
+memoria virtuale\footnote{quella che nel gergo del kernel viene chiamata VMA
+ (\textit{virtual memory area}).} che corrisponda alla mappatura, in modo che
+questa diventi visibile nello spazio degli indirizzi come illustrato in
+fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}.
+
+Quando un processo esegue un gran numero di mappature diverse\footnote{si può
+ arrivare anche a centinaia di migliaia.} per realizzare a mano una mappatura
+non-lineare si avrà un accrescimento eccessivo della sua \itindex{page~table}
+\textit{page table}, e lo stesso accadrà per tutti gli altri processi che
+utilizzano questa tecnica. In situazioni in cui le applicazioni hanno queste
+esigenze si avranno delle prestazioni ridotte, dato che il kernel dovrà
+impiegare molte risorse\footnote{sia in termini di memoria interna per i dati
+ delle \itindex{page~table} \textit{page table}, che di CPU per il loro
+ aggiornamento.} solo per mantenere i dati di una gran quantità di
+\textit{memory mapping}.
+
+Per questo motivo con il kernel 2.5.46 è stato introdotto, ad opera di Ingo
+Molnar, un meccanismo che consente la mappatura non-lineare. Anche questa è
+una caratteristica specifica di Linux, non presente in altri sistemi
+unix-like. Diventa così possibile utilizzare una sola mappatura
+iniziale\footnote{e quindi una sola \textit{virtual memory area} nella
+ \itindex{page~table} \textit{page table} del processo.} e poi rimappare a
+piacere all'interno di questa i dati del file. Ciò è possibile grazie ad una
+nuova system call, \funcd{remap\_file\_pages}, il cui prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int remap\_file\_pages(void *start, size\_t size, int prot,
+ ssize\_t pgoff, int flags)}
+
+ Permette di rimappare non linearmente un precedente \textit{memory mapping}.
+
+ \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}] si è usato un valore non valido per uno degli
+ argomenti o \param{start} non fa riferimento ad un \textit{memory
+ mapping} valido creato con \const{MAP\_SHARED}.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+Per poter utilizzare questa funzione occorre anzitutto effettuare
+preliminarmente una chiamata a \func{mmap} con \const{MAP\_SHARED} per
+definire l'area di memoria che poi sarà rimappata non linearmente. Poi di
+chiamerà questa funzione per modificare le corrispondenze fra pagine di
+memoria e pagine del file; si tenga presente che \func{remap\_file\_pages}
+permette anche di mappare la stessa pagina di un file in più pagine della
+regione mappata.
+
+La funzione richiede che si identifichi la sezione del file che si vuole
+riposizionare all'interno del \textit{memory mapping} con gli argomenti
+\param{pgoff} e \param{size}; l'argomento \param{start} invece deve indicare
+un indirizzo all'interno dell'area definita dall'\func{mmap} iniziale, a
+partire dal quale la sezione di file indicata verrà rimappata. L'argomento
+\param{prot} deve essere sempre nullo, mentre \param{flags} prende gli stessi
+valori di \func{mmap} (quelli di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}) ma di tutti i
+flag solo \const{MAP\_NONBLOCK} non viene ignorato.
+
+Insieme alla funzione \func{remap\_file\_pages} nel kernel 2.5.46 con sono
+stati introdotti anche due nuovi flag per \func{mmap}: \const{MAP\_POPULATE} e
+\const{MAP\_NONBLOCK}. Il primo dei due consente di abilitare il meccanismo
+del \itindex{prefaulting} \textit{prefaulting}. Questo viene di nuovo in aiuto
+per migliorare le prestazioni in certe condizioni di utilizzo del
+\textit{memory mapping}.
+
+Il problema si pone tutte le volte che si vuole mappare in memoria un file di
+grosse dimensioni. Il comportamento normale del sistema della
+\index{memoria~virtuale} memoria virtuale è quello per cui la regione mappata
+viene aggiunta alla \itindex{page~table} \textit{page table} del processo, ma
+i dati verranno effettivamente utilizzati (si avrà cioè un
+\itindex{page~fault} \textit{page fault} che li trasferisce dal disco alla
+memoria) soltanto in corrispondenza dell'accesso a ciascuna delle pagine
+interessate dal \textit{memory mapping}.
+
+Questo vuol dire che il passaggio dei dati dal disco alla memoria avverrà una
+pagina alla volta con un gran numero di \itindex{page~fault} \textit{page
+ fault}, chiaramente se si sa in anticipo che il file verrà utilizzato
+immediatamente, è molto più efficiente eseguire un \itindex{prefaulting}
+\textit{prefaulting} in cui tutte le pagine di memoria interessate alla
+mappatura vengono ``\textsl{popolate}'' in una sola volta, questo
+comportamento viene abilitato quando si usa con \func{mmap} il flag
+\const{MAP\_POPULATE}.
+
+Dato che l'uso di \const{MAP\_POPULATE} comporta dell'I/O su disco che può
+rallentare l'esecuzione di \func{mmap} è stato introdotto anche un secondo
+flag, \const{MAP\_NONBLOCK}, che esegue un \itindex{prefaulting}
+\textit{prefaulting} più limitato in cui vengono popolate solo le pagine della
+mappatura che già si trovano nella cache del kernel.\footnote{questo può
+ essere utile per il linker dinamico, in particolare quando viene effettuato
+ il \textit{prelink} delle applicazioni.}
+
+\itindend{memory~mapping}
+
+\subsection{I/O vettorizzato: \func{readv} e \func{writev}}
+\label{sec:file_multiple_io}
+
+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. 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 su BSD 4.2 sono state introdotte due nuove system call,
+\funcd{readv} e \funcd{writev},\footnote{in Linux le due funzioni sono riprese
+ da BSD4.4, esse sono previste anche dallo standard POSIX.1-2001.} 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)}
+ \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
+
+ Eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura vettorizzata.
+
+ \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{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
+ argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{IOV\_MAX}).
+ \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 anche \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT}
+ (se non sono stati allocati correttamente i buffer specificati nei campi
+ \var{iov\_base}), più gli eventuali errori delle funzioni di lettura e
+ scrittura eseguite su \param{fd}.}
+\end{functions}
+
+Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{iovec}, la cui definizione è
+riportata in fig.~\ref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono
+essere letti o scritti ed in che quantità. Il primo campo della struttura,
+\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}
+ \includestruct{listati/iovec.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
+ vettorizzato.}
+ \label{fig:file_iovec}
+\end{figure}
+
+La lista dei buffer da utilizzare viene indicata attraverso l'argomento
+\param{vector} che è un vettore di strutture \struct{iovec}, la cui lunghezza
+è specificata dall'argomento \param{count}.\footnote{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
+ POSIX.1-2001.} Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata opportunamente
+per indicare i vari buffer da e verso i quali verrà eseguito il trasferimento
+dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li si sono
+specificati nel vettore \param{vector}.
+
+La standardizzazione delle due funzioni all'interno della revisione
+POSIX.1-2001 prevede anche che sia possibile avere un limite al numero di
+elementi del vettore \param{vector}. Qualora questo sussista, esso deve essere
+indicato dal valore dalla costante \const{IOV\_MAX}, definita come le altre
+costanti analoghe (vedi sez.~\ref{sec:sys_limits}) in \file{limits.h}; lo
+stesso valore deve essere ottenibile in esecuzione tramite la funzione
+\func{sysconf} richiedendo l'argomento \const{\_SC\_IOV\_MAX} (vedi
+sez.~\ref{sec:sys_sysconf}).
+
+Nel caso di Linux il limite di sistema è di 1024, però se si usano le
+\acr{glibc} queste forniscono un \textit{wrapper} per le system call che si
+accorge se una operazione supererà il precedente limite, in tal caso i dati
+verranno letti o scritti con le usuali \func{read} e \func{write} usando un
+buffer di dimensioni sufficienti appositamente allocato e sufficiente a
+contenere tutti i dati indicati da \param{vector}. L'operazione avrà successo
+ma si perderà l'atomicità del trasferimento da e verso la destinazione finale.
+
+% TODO verificare cosa succederà a preadv e pwritev o alla nuova niovec
+% vedi http://lwn.net/Articles/164887/
+
+
+\subsection{L'I/O diretto fra file descriptor: \func{sendfile} e \func{splice}}
+\label{sec:file_sendfile_splice}
+
+Uno dei problemi che si presentano nella gestione dell'I/O è quello in cui si
+devono trasferire grandi quantità di dati da un file descriptor ed un altro;
+questo usualmente comporta la lettura dei dati dal primo file descriptor in un
+buffer in memoria, da cui essi vengono poi scritti sul secondo.
+
+Benché il kernel ottimizzi la gestione di questo processo quando si ha a che
+fare con file normali, in generale quando i dati da trasferire sono molti si
+pone il problema di effettuare trasferimenti di grandi quantità di dati da
+kernel space a user space e all'indietro, quando in realtà potrebbe essere più
+efficiente mantenere tutto in kernel space. Tratteremo in questa sezione
+alcune funzioni specialistiche che permettono di ottimizzare le prestazioni in
+questo tipo di situazioni.
+
+La prima funzione che si pone l'obiettivo di ottimizzare il trasferimento dei
+dati fra due file descriptor è \funcd{sendfile};\footnote{la funzione è stata
+ introdotta con i kernel della serie 2.2, e disponibile dalle \acr{glibc}
+ 2.1.} la funzione è presente in diverse versioni di Unix,\footnote{la si
+ ritrova ad esempio in FreeBSD, HPUX ed altri Unix.} ma non è presente né in
+POSIX.1-2001 né in altri standard,\footnote{pertanto si eviti di utilizzarla
+ se si devono scrivere programmi portabili.} per cui per essa vengono
+utilizzati prototipi e semantiche differenti; nel caso di Linux il suo
+prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/sendfile.h}
+
+ \funcdecl{ssize\_t sendfile(int out\_fd, int in\_fd, off\_t *offset, size\_t
+ count)}
+
+ Copia dei dati da un file descriptor ad un altro.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
+ successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] si è impostata la modalità non bloccante su
+ \param{out\_fd} e la scrittura si bloccherebbe.
+ \item[\errcode{EINVAL}] i file descriptor non sono validi, o sono bloccati
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), o \func{mmap} non è disponibile per
+ \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{EIO}] si è avuto un errore di lettura da \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per la lettura da
+ \param{in\_fd}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errcode{EBADF} e \errcode{EFAULT}.
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione copia direttamente \param{count} byte dal file descriptor
+\param{in\_fd} al file descriptor \param{out\_fd}; in caso di successo
+funzione ritorna il numero di byte effettivamente copiati da \param{in\_fd} a
+\param{out\_fd} o $-1$ in caso di errore, come le ordinarie \func{read} e
+\func{write} questo valore può essere inferiore a quanto richiesto con
+\param{count}.
+
+Se il puntatore \param{offset} è nullo la funzione legge i dati a partire
+dalla posizione corrente su \param{in\_fd}, altrimenti verrà usata la
+posizione indicata dal valore puntato da \param{offset}; in questo caso detto
+valore sarà aggiornato, come \textit{value result argument}, per indicare la
+posizione del byte successivo all'ultimo che è stato letto, mentre la
+posizione corrente sul file non sarà modificata. Se invece \param{offset} è
+nullo la posizione corrente sul file sarà aggiornata tenendo conto dei byte
+letti da \param{in\_fd}.
+
+Fino ai kernel della serie 2.4 la funzione è utilizzabile su un qualunque file
+descriptor, e permette di sostituire la invocazione successiva di una
+\func{read} e una \func{write} (e l'allocazione del relativo buffer) con una
+sola chiamata a \funcd{sendfile}. In questo modo si può diminuire il numero di
+chiamate al sistema e risparmiare in trasferimenti di dati da kernel space a
+user space e viceversa. La massima utilità della funzione si ha comunque per
+il trasferimento di dati da un file su disco ad un socket di
+rete,\footnote{questo è il caso classico del lavoro eseguito da un server web,
+ ed infatti Apache ha una opzione per il supporto esplicito di questa
+ funzione.} dato che in questo caso diventa possibile effettuare il
+trasferimento diretto via DMA dal controller del disco alla scheda di rete,
+senza neanche allocare un buffer nel kernel,\footnote{il meccanismo è detto
+ \textit{zerocopy} in quanto i dati non vengono mai copiati dal kernel, che
+ si limita a programmare solo le operazioni di lettura e scrittura via DMA.}
+ottenendo la massima efficienza possibile senza pesare neanche sul processore.
+
+In seguito però ci si è accorti che, fatta eccezione per il trasferimento
+diretto da file a socket, non sempre \func{sendfile} comportava miglioramenti
+significativi delle prestazioni rispetto all'uso in sequenza di \func{read} e
+\func{write},\footnote{nel caso generico infatti il kernel deve comunque
+ allocare un buffer ed effettuare la copia dei dati, e in tal caso spesso il
+ guadagno ottenibile nel ridurre il numero di chiamate al sistema non
+ compensa le ottimizzazioni che possono essere fatte da una applicazione in
+ user space che ha una conoscenza diretta su come questi sono strutturati.} e
+che anzi in certi casi si potevano avere anche dei peggioramenti. Questo ha
+portato, per i kernel della serie 2.6,\footnote{per alcune motivazioni di
+ questa scelta si può fare riferimento a quanto illustrato da Linus Torvalds
+ in \href{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}
+ {\textsf{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}}.}
+alla decisione di consentire l'uso della funzione soltanto quando il file da
+cui si legge supporta le operazioni di \textit{memory mapping} (vale a dire
+non è un socket) e quello su cui si scrive è un socket; in tutti gli altri
+casi l'uso di \func{sendfile} darà luogo ad un errore di \errcode{EINVAL}.
+
+Nonostante ci possano essere casi in cui \func{sendfile} non migliora le
+prestazioni, le motivazioni addotte non convincono del tutto e resta il dubbio
+se la scelta di disabilitarla sempre per il trasferimento di dati fra file di
+dati sia davvero corretta. Se ci sono peggioramenti di prestazioni infatti si
+può sempre fare ricorso all'uso successivo di, ma lasciare a disposizione la
+funzione consentirebbe se non altro, anche in assenza di guadagni di
+prestazioni, di semplificare la gestione della copia dei dati fra file,
+evitando di dover gestire l'allocazione di un buffer temporaneo per il loro
+trasferimento; inoltre si avrebbe comunque il vantaggio di evitare inutili
+trasferimenti di dati da kernel space a user space e viceversa.
+
+Questo dubbio si può comunque ritenere superato con l'introduzione, avvenuto a
+partire dal kernel 2.6.17, della nuova system call \func{splice}. Lo scopo di
+questa funzione è quello di fornire un meccanismo generico per il
+trasferimento di dati da o verso un file utilizzando un buffer gestito
+internamente dal kernel. Descritta in questi termini \func{splice} sembra
+semplicemente un ``\textsl{dimezzamento}'' di \func{sendfile}.\footnote{nel
+ senso che un trasferimento di dati fra due file con \func{sendfile} non
+ sarebbe altro che la lettura degli stessi su un buffer seguita dalla
+ relativa scrittura, cosa che in questo caso si dovrebbe eseguire con due
+ chiamate a \func{splice}.} In realtà le due system call sono profondamente
+diverse nel loro meccanismo di funzionamento;\footnote{questo fino al kernel
+ 2.6.23, dove \func{sendfile} è stata reimplementata in termini di
+ \func{splice}, pur mantenendo disponibile la stessa interfaccia verso l'user
+ space.} \func{sendfile} infatti, come accennato, non necessita di avere a
+disposizione un buffer interno, perché esegue un trasferimento diretto di
+dati; questo la rende in generale più efficiente, ma anche limitata nelle sue
+applicazioni, dato che questo tipo di trasferimento è possibile solo in casi
+specifici.\footnote{e nel caso di Linux questi sono anche solo quelli in cui
+ essa può essere effettivamente utilizzata.}
+
+Il concetto che sta dietro a \func{splice} invece è diverso,\footnote{in
+ realtà la proposta originale di Larry Mc Voy non differisce poi tanto negli
+ scopi da \func{sendfile}, quello che rende \func{splice} davvero diversa è
+ stata la reinterpretazione che ne è stata fatta nell'implementazione su
+ Linux realizzata da Jens Anxboe, concetti che sono esposti sinteticamente
+ dallo stesso Linus Torvalds in \href{http://kerneltrap.org/node/6505}
+ {\textsf{http://kerneltrap.org/node/6505}}.} si tratta semplicemente di una
+funzione che consente di fare in maniera del tutto generica delle operazioni
+di trasferimento di dati fra un file e un buffer gestito interamente in kernel
+space. In questo caso il cuore della funzione (e delle affini \func{vmsplice}
+e \func{tee}, che tratteremo più avanti) è appunto l'uso di un buffer in
+kernel space, e questo è anche quello che ne ha semplificato l'adozione,
+perché l'infrastruttura per la gestione di un tale buffer è presente fin dagli
+albori di Unix per la realizzazione delle \textit{pipe} (vedi
+sez.~\ref{sec:ipc_unix}). Dal punto di vista concettuale allora \func{splice}
+non è altro che una diversa interfaccia (rispetto alle \textit{pipe}) con cui
+utilizzare in user space l'oggetto ``\textsl{buffer in kernel space}''.
+
+Così se per una \textit{pipe} o una \textit{fifo} il buffer viene utilizzato
+come area di memoria (vedi fig.~\ref{fig:ipc_pipe_singular}) dove appoggiare i
+dati che vengono trasferiti da un capo all'altro della stessa per creare un
+meccanismo di comunicazione fra processi, nel caso di \func{splice} il buffer
+viene usato o come fonte dei dati che saranno scritti su un file, o come
+destinazione dei dati che vengono letti da un file. La funzione \funcd{splice}
+fornisce quindi una interfaccia generica che consente di trasferire dati da un
+buffer ad un file o viceversa; il suo prototipo, accessibile solo dopo aver
+definito la macro \macro{\_GNU\_SOURCE},\footnote{si ricordi che questa
+ funzione non è contemplata da nessuno standard, è presente solo su Linux, e
+ pertanto deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi portabili.}
+è il seguente:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{long splice(int fd\_in, off\_t *off\_in, int fd\_out, off\_t
+ *off\_out, size\_t len, unsigned int flags)}
+
+ Trasferisce dati da un file verso una pipe o viceversa.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
+ successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] uno o entrambi fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out}
+ non sono file descriptor validi o, rispettivamente, non sono stati
+ aperti in lettura o scrittura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il filesystem su cui si opera non supporta
+ \func{splice}, oppure nessuno dei file descriptor è una pipe, oppure si
+ è dato un valore a \param{off\_in} o \param{off\_out} ma il
+ corrispondente file è un dispositivo che non supporta la funzione
+ \func{seek}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \item[\errcode{ESPIPE}] o \param{off\_in} o \param{off\_out} non sono
+ \const{NULL} ma il corrispondente file descriptor è una \textit{pipe}.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione esegue un trasferimento di \param{len} byte dal file descriptor
+\param{fd\_in} al file descriptor \param{fd\_out}, uno dei quali deve essere
+una \textit{pipe}; l'altro file descriptor può essere
+qualunque.\footnote{questo significa che può essere, oltre che un file di
+ dati, anche un altra \textit{pipe}, o un socket.} Come accennato una
+\textit{pipe} non è altro che un buffer in kernel space, per cui a seconda che
+essa sia usata per \param{fd\_in} o \param{fd\_out} si avrà rispettivamente la
+copia dei dati dal buffer al file o viceversa.
+
+In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti, che può
+essere, come per le normali funzioni di lettura e scrittura su file, inferiore
+a quelli richiesti; un valore negativo indicherà un errore mentre un valore
+nullo indicherà che non ci sono dati da trasferire (ad esempio si è giunti
+alla fine del file in lettura). Si tenga presente che, a seconda del verso del
+trasferimento dei dati, la funzione si comporta nei confronti del file
+descriptor che fa riferimento al file ordinario, come \func{read} o
+\func{write}, e pertanto potrà anche bloccarsi (a meno che non si sia aperto
+il suddetto file in modalità non bloccante).
+
+I due argomenti \param{off\_in} e \param{off\_out} consentono di specificare,
+come per l'analogo \param{offset} di \func{sendfile}, la posizione all'interno
+del file da cui partire per il trasferimento dei dati. Come per
+\func{sendfile} un valore nullo indica di usare la posizione corrente sul
+file, ed essa sarà aggiornata automaticamente secondo il numero di byte
+trasferiti. Un valore non nullo invece deve essere un puntatore ad una
+variabile intera che indica la posizione da usare; questa verrà aggiornata, al
+ritorno della funzione, al byte successivo all'ultimo byte trasferito.
+Ovviamente soltanto uno di questi due argomenti, e più precisamente quello che
+fa riferimento al file descriptor non associato alla \textit{pipe}, può essere
+specificato come valore non nullo.
+
+Infine l'argomento \param{flags} consente di controllare alcune
+caratteristiche del funzionamento della funzione; il contenuto è una maschera
+binaria e deve essere specificato come OR aritmetico dei valori riportati in
+tab.~\ref{tab:splice_flag}. Alcuni di questi valori vengono utilizzati anche
+dalle funzioni \func{vmsplice} e \func{tee} per cui la tabella riporta le
+descrizioni complete di tutti i valori possibili anche quando, come per
+\const{SPLICE\_F\_GIFT}, questi non hanno effetto su \func{splice}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{SPLICE\_F\_MOVE} & Suggerisce al kernel di spostare le pagine
+ di memoria contenenti i dati invece di
+ copiarle;\footnotemark viene usato soltanto
+ da \func{splice}.\\
+ \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}& Richiede di operare in modalità non
+ bloccante; questo flag influisce solo sulle
+ operazioni che riguardano l'I/O da e verso la
+ \textit{pipe}. Nel caso di \func{splice}
+ questo significa che la funzione potrà
+ comunque bloccarsi nell'accesso agli altri
+ file descriptor (a meno che anch'essi non
+ siano stati aperti in modalità non
+ bloccante).\\
+ \const{SPLICE\_F\_MORE} & Indica al kernel che ci sarà l'invio di
+ ulteriori dati in una \func{splice}
+ successiva, questo è un suggerimento utile
+ che viene usato quando \param{fd\_out} è un
+ socket.\footnotemark Attualmente viene usato
+ solo da \func{splice}, potrà essere
+ implementato in futuro anche per
+ \func{vmsplice} e \func{tee}.\\
+ \const{SPLICE\_F\_GIFT} & Le pagine di memoria utente sono
+ ``\textsl{donate}'' al kernel;\footnotemark
+ se impostato una seguente \func{splice} che
+ usa \const{SPLICE\_F\_MOVE} potrà spostare le
+ pagine con successo, altrimenti esse dovranno
+ essere copiate; per usare questa opzione i
+ dati dovranno essere opportunamente allineati
+ in posizione ed in dimensione alle pagine di
+ memoria. Viene usato soltanto da
+ \func{vmsplice}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{flags} di \func{splice}, \func{vmsplice} e
+ \func{tee}.}
+ \label{tab:splice_flag}
+\end{table}
+
+\footnotetext{per una maggiore efficienza \func{splice} usa quando possibile i
+ meccanismi della memoria virtuale per eseguire i trasferimenti di dati (in
+ maniera analoga a \func{mmap}), qualora le pagine non possano essere
+ spostate dalla pipe o il buffer non corrisponda a pagine intere esse saranno
+ comunque copiate.}
+
+\footnotetext{questa opzione consente di utilizzare delle opzioni di gestione
+ dei socket che permettono di ottimizzare le trasmissioni via rete, si veda
+ la descrizione di \const{TCP\_CORK} in sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options} e
+ quella di \const{MSG\_MORE} in sez.~\ref{sec:net_sendmsg}.}
+
+\footnotetext{questo significa che la cache delle pagine e i dati su disco
+ potranno differire, e che l'applicazione non potrà modificare quest'area di
+ memoria.}
+
+Per capire meglio il funzionamento di \func{splice} vediamo un esempio con un
+semplice programma che usa questa funzione per effettuare la copia di un file
+su un altro senza utilizzare buffer in user space. Il programma si chiama
+\texttt{splicecp.c} ed il codice completo è disponibile coi sorgenti allegati
+alla guida, il corpo principale del programma, che non contiene la sezione di
+gestione delle opzioni e le funzioni di ausilio è riportato in
+fig.~\ref{fig:splice_example}.
+
+Lo scopo del programma è quello di eseguire la copia dei con \func{splice},
+questo significa che si dovrà usare la funzione due volte, prima per leggere i
+dati e poi per scriverli, appoggiandosi ad un buffer in kernel space (vale a
+dire ad una \textit{pipe}); lo schema del flusso dei dati è illustrato in
+fig.~\ref{fig:splicecp_data_flux}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=6cm]{img/splice_copy}
+ \caption{Struttura del flusso di dati usato dal programma \texttt{splicecp}.}
+ \label{fig:splicecp_data_flux}
+\end{figure}
+
+Una volta trattate le opzioni il programma verifica che restino
+(\texttt{\small 13--16}) i due argomenti che indicano il file sorgente ed il
+file destinazione. Il passo successivo è aprire il file sorgente
+(\texttt{\small 18--22}), quello di destinazione (\texttt{\small 23--27}) ed
+infine (\texttt{\small 28--31}) la \textit{pipe} che verrà usata come buffer.
+
+\begin{figure}[!phtb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/splicecp.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa \func{splice} per effettuare la copia di
+ un file.}
+ \label{fig:splice_example}
+\end{figure}
+
+Il ciclo principale (\texttt{\small 33--58}) inizia con la lettura dal file
+sorgente tramite la prima \func{splice} (\texttt{\small 34--35}), in questo
+caso si è usato come primo argomento il file descriptor del file sorgente e
+come terzo quello del capo in scrittura della \textit{pipe} (il funzionamento
+delle \textit{pipe} e l'uso della coppia di file descriptor ad esse associati
+è trattato in dettaglio in sez.~\ref{sec:ipc_unix}; non ne parleremo qui dato
+che nell'ottica dell'uso di \func{splice} questa operazione corrisponde
+semplicemente al trasferimento dei dati dal file al buffer).
+
+La lettura viene eseguita in blocchi pari alla dimensione specificata
+dall'opzione \texttt{-s} (il default è 4096); essendo in questo caso
+\func{splice} equivalente ad una \func{read} sul file, se ne controlla il
+valore di uscita in \var{nread} che indica quanti byte sono stati letti, se
+detto valore è nullo (\texttt{\small 36}) questo significa che si è giunti
+alla fine del file sorgente e pertanto l'operazione di copia è conclusa e si
+può uscire dal ciclo arrivando alla conclusione del programma (\texttt{\small
+ 59}). In caso di valore negativo (\texttt{\small 37--44}) c'è stato un
+errore ed allora si ripete la lettura (\texttt{\small 36}) se questo è dovuto
+ad una interruzione, o altrimenti si esce con un messaggio di errore
+(\texttt{\small 41--43}).
+
+Una volta completata con successo la lettura si avvia il ciclo di scrittura
+(\texttt{\small 45--57}); questo inizia (\texttt{\small 46--47}) con la
+seconda \func{splice} che cerca di scrivere gli \var{nread} byte letti, si
+noti come in questo caso il primo argomento faccia di nuovo riferimento alla
+\textit{pipe} (in questo caso si usa il capo in lettura, per i dettagli si
+veda al solito sez.~\ref{sec:ipc_unix}) mentre il terzo sia il file descriptor
+del file di destinazione.
+
+Di nuovo si controlla il numero di byte effettivamente scritti restituito in
+\var{nwrite} e in caso di errore al solito si ripete la scrittura se questo è
+dovuto a una interruzione o si esce con un messaggio negli altri casi
+(\texttt{\small 48--55}). Infine si chiude il ciclo di scrittura sottraendo
+(\texttt{\small 57}) il numero di byte scritti a quelli di cui è richiesta la
+scrittura,\footnote{in questa parte del ciclo \var{nread}, il cui valore
+ iniziale è dato dai byte letti dalla precedente chiamata a \func{splice},
+ viene ad assumere il significato di byte da scrivere.} così che il ciclo di
+scrittura venga ripetuto fintanto che il valore risultante sia maggiore di
+zero, indice che la chiamata a \func{splice} non ha esaurito tutti i dati
+presenti sul buffer.
+
+Si noti come il programma sia concettualmente identico a quello che si sarebbe
+scritto usando \func{read} al posto della prima \func{splice} e \func{write}
+al posto della seconda, utilizzando un buffer in user space per eseguire la
+copia dei dati, solo che in questo caso non è stato necessario allocare nessun
+buffer e non si è trasferito nessun dato in user space.
+
+Si noti anche come si sia usata la combinazione \texttt{SPLICE\_F\_MOVE |
+ SPLICE\_F\_MORE } per l'argomento \param{flags} di \func{splice}, infatti
+anche se un valore nullo avrebbe dato gli stessi risultati, l'uso di questi
+flag, che si ricordi servono solo a dare suggerimenti al kernel, permette in
+genere di migliorare le prestazioni.
+
+Come accennato con l'introduzione di \func{splice} sono state realizzate altre
+due system call, \func{vmsplice} e \func{tee}, che utilizzano la stessa
+infrastruttura e si basano sullo stesso concetto di manipolazione e
+trasferimento di dati attraverso un buffer in kernel space; benché queste non
+attengono strettamente ad operazioni di trasferimento dati fra file
+descriptor, le tratteremo qui.
+
+La prima funzione, \funcd{vmsplice}, è la più simile a \func{splice} e come
+indica il suo nome consente di trasferire i dati dalla memoria di un processo
+verso una \textit{pipe}, il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+ \headdecl{sys/uio.h}
+
+ \funcdecl{long vmsplice(int fd, const struct iovec *iov, unsigned long
+ nr\_segs, unsigned int flags)}
+
+ Trasferisce dati dalla memoria di un processo verso una \textit{pipe}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
+ successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] o \param{fd} non è un file descriptor valido o non
+ fa riferimento ad una \textit{pipe}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore nullo per \param{nr\_segs}
+ oppure si è usato \const{SPLICE\_F\_GIFT} ma la memoria non è allineata.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La \textit{pipe} dovrà essere specificata tramite il file descriptor
+corrispondente al suo capo aperto in scrittura (di nuovo si faccia riferimento
+a sez.~\ref{sec:ipc_unix}), mentre per indicare quali zone di memoria devono
+essere trasferita si deve utilizzare un vettore di strutture \struct{iovec}
+(vedi fig.~\ref{fig:file_iovec}), con le stesse con cui le si usano per l'I/O
+vettorizzato; le dimensioni del suddetto vettore devono essere passate
+nell'argomento \param{nr\_segs} che indica il numero di segmenti di memoria da
+trasferire. Sia per il vettore che per il valore massimo di \param{nr\_segs}
+valgono le stesse limitazioni illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiple_io}.
+
+In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti sulla
+pipe, in generale (se i dati una volta creati non devono essere riutilizzati)
+è opportuno utilizzare il flag \const{SPLICE\_F\_GIFT}; questo fa si che il
+kernel possa rimuovere le relative pagine dallo spazio degli indirizzi del
+processo, e scaricarle nella cache, così che queste possono essere utilizzate
+immediatamente senza necessità di eseguire una copia dei dati che contengono.
+
+La seconda funzione aggiunta insieme a \func{splice} è \func{tee}, che deve il
+suo nome all'omonimo comando in user space, perché in analogia con questo
+permette di duplicare i dati in ingresso su una \textit{pipe} su un'altra
+\textit{pipe}. In sostanza, sempre nell'ottica della manipolazione dei dati su
+dei buffer in kernel space, la funzione consente di eseguire una copia del
+contenuto del buffer stesso. Il prototipo di \funcd{tee} è il seguente:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{long tee(int fd\_in, int fd\_out, size\_t len, unsigned int
+ flags)}
+
+ Duplica \param{len} byte da una \textit{pipe} ad un'altra.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte copiati 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 uno fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out} non fa
+ riferimento ad una \textit{pipe} o entrambi fanno riferimento alla
+ stessa \textit{pipe}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione copia \param{len} byte del contenuto di una \textit{pipe} su di
+un'altra; \param{fd\_in} deve essere il capo in lettura della \textit{pipe}
+sorgente e \param{fd\_out} il capo in scrittura della \textit{pipe}
+destinazione; a differenza di quanto avviene con \func{read} i dati letti con
+\func{tee} da \func{fd\_in} non vengono \textsl{consumati} e restano
+disponibili sulla \textit{pipe} per una successiva lettura (di nuovo per il
+comportamento delle \textit{pipe} si veda sez.~\ref{sec:ipc_unix}).
+
+La funzione restituisce il numero di byte copiati da una \textit{pipe}
+all'altra (o $-1$ in caso di errore), un valore nullo indica che non ci sono
+byte disponibili da copiare e che il capo in scrittura della pipe è stato
+chiuso.\footnote{si tenga presente però che questo non avviene se si è
+ impostato il flag \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}, in tal caso infatti si
+ avrebbe un errore di \errcode{EAGAIN}.} Un esempio di realizzazione del
+comando \texttt{tee} usando questa funzione, ripreso da quello fornito nella
+pagina di manuale e dall'esempio allegato al patch originale, è riportato in
+fig.~\ref{fig:tee_example}. Il programma consente di copiare il contenuto
+dello standard input sullo standard output e su un file specificato come
+argomento, il codice completo si trova nel file \texttt{tee.c} dei sorgenti
+allegati alla guida.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/tee.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa \func{tee} per copiare i dati dello
+ standard input sullo standard output e su un file.}
+ \label{fig:tee_example}
+\end{figure}
+
+La prima parte del programma (\texttt{\small 10--35}) si cura semplicemente di
+controllare (\texttt{\small 11--14}) che sia stato fornito almeno un argomento
+(il nome del file su cui scrivere), di aprirlo ({\small 15--19}) e che sia lo
+standard input (\texttt{\small 20--27}) che lo standard output (\texttt{\small
+ 28--35}) corrispondano ad una \textit{pipe}.
+
+Il ciclo principale (\texttt{\small 37--58}) inizia con la chiamata a
+\func{tee} che duplica il contenuto dello standard input sullo standard output
+(\texttt{\small 39}), questa parte è del tutto analoga ad una lettura ed
+infatti come nell'esempio di fig.~\ref{fig:splice_example} si controlla il
+valore di ritorno della funzione in \var{len}; se questo è nullo significa che
+non ci sono più dati da leggere e si chiude il ciclo (\texttt{\small 40}), se
+è negativo c'è stato un errore, ed allora si ripete la chiamata se questo è
+dovuto ad una interruzione (\texttt{\small 42--44}) o si stampa un messaggio
+di errore e si esce negli altri casi (\texttt{\small 44--47}).
+
+Una volta completata la copia dei dati sullo standard output si possono
+estrarre dalla standard input e scrivere sul file, di nuovo su usa un ciclo di
+scrittura (\texttt{\small 50--58}) in cui si ripete una chiamata a
+\func{splice} (\texttt{\small 51}) fintanto che non si sono scritti tutti i
+\var{len} byte copiati in precedenza con \func{tee} (il funzionamento è
+identico all'analogo ciclo di scrittura del precedente esempio di
+fig.~\ref{fig:splice_example}).
+
+Infine una nota finale riguardo \func{splice}, \func{vmsplice} e \func{tee}:
+occorre sottolineare che benché finora si sia parlato di trasferimenti o copie
+di dati in realtà nella implementazione di queste system call non è affatto
+detto che i dati vengono effettivamente spostati o copiati, il kernel infatti
+realizza le \textit{pipe} come un insieme di puntatori\footnote{per essere
+ precisi si tratta di un semplice buffer circolare, un buon articolo sul tema
+ si trova su \href{http://lwn.net/Articles/118750/}
+ {\textsf{http://lwn.net/Articles/118750/}}.} alle pagine di memoria interna
+che contengono i dati, per questo una volta che i dati sono presenti nella
+memoria del kernel tutto quello che viene fatto è creare i suddetti puntatori
+ed aumentare il numero di referenze; questo significa che anche con \func{tee}
+non viene mai copiato nessun byte, vengono semplicemente copiati i puntatori.
+
+
+
+\subsection{Gestione avanzata dell'accesso ai dati dei file}
+\label{sec:file_fadvise}
+
+Nell'uso generico dell'interfaccia per l'accesso al contenuto dei file le
+operazioni di lettura e scrittura non necessitano di nessun intervento di
+supervisione da parte dei programmi, si eseguirà una \func{read} o una
+\func{write}, i dati verranno passati al kernel che provvederà ad effettuare
+tutte le operazioni (e a gestire il \textit{caching} dei dati) per portarle a
+termine in quello che ritiene essere il modo più efficiente.
+
+Il problema è che il concetto di migliore efficienza impiegato dal kernel è
+relativo all'uso generico, mentre esistono molti casi in cui ci sono esigenze
+specifiche dei singoli programmi, che avendo una conoscenza diretta di come
+verranno usati i file, possono necessitare di effettuare delle ottimizzazioni
+specifiche, relative alle proprie modalità di I/O sugli stessi. Tratteremo in
+questa sezione una serie funzioni che consentono ai programmi di ottimizzare
+il loro accesso ai dati dei file e controllare la gestione del relativo
+\textit{caching}.
+
+Una prima funzione che può essere utilizzata per modificare la gestione
+ordinaria dell'I/O su un file è \funcd{readahead},\footnote{questa è una
+ funzione specifica di Linux, introdotta con il kernel 2.4.13, e non deve
+ essere usata se si vogliono scrivere programmi portabili.} che consente di
+richiedere una lettura anticipata del contenuto dello stesso in cache, così
+che le seguenti operazioni di lettura non debbano subire il ritardo dovuto
+all'accesso al disco; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{ssize\_t readahead(int fd, off64\_t *offset, size\_t count)}
+
+ Esegue una lettura preventiva del contenuto di un file in cache.
+
+ \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{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido o non è aperto in lettura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{fd} si riferisce ad un tipo di
+ file che non supporta l'operazione (come una pipe o un socket).
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione richiede che venga letto in anticipo il contenuto del file
+\param{fd} a partire dalla posizione \param{offset} e per un ammontare di
+\param{count} byte, in modo da portarlo in cache. La funzione usa la
+\index{memoria~virtuale} memoria virtuale ed il meccanismo della
+\index{paginazione} paginazione per cui la lettura viene eseguita in blocchi
+corrispondenti alle dimensioni delle pagine di memoria, ed i valori di
+\param{offset} e \param{count} arrotondati di conseguenza.
+
+La funzione estende quello che è un comportamento normale del
+kernel\footnote{per ottimizzare gli accessi al disco il kernel quando si legge
+ un file, aspettandosi che l'accesso prosegua, esegue sempre una lettura
+ anticipata di una certa quantità di dati; questo meccanismo viene chiamato
+ \textit{readahead}, da cui deriva il nome della funzione.} effettuando la
+lettura in cache della sezione richiesta e bloccandosi fintanto che questa non
+viene completata. La posizione corrente sul file non viene modificata ed
+indipendentemente da quanto indicato con \param{count} la lettura dei dati si
+interrompe una volta raggiunta la fine del file.
+
+Si può utilizzare questa funzione per velocizzare le operazioni di lettura
+all'interno del programma tutte le volte che si conosce in anticipo quanti
+dati saranno necessari in seguito. Si potrà così concentrare in un unico
+momento (ad esempio in fase di inizializzazione) la lettura, così da ottenere
+una migliore risposta nelle operazioni successive.
+
+Il concetto di \func{readahead} viene generalizzato nello standard
+POSIX.1-2001 dalla funzione \funcd{posix\_fadvise},\footnote{anche se
+ l'argomento \param{len} è stato modificato da \ctyp{size\_t} a \ctyp{off\_t}
+ nella revisione POSIX.1-2003 TC5.} che consente di ``\textsl{avvisare}'' il
+kernel sulle modalità con cui si intende accedere nel futuro ad una certa
+porzione di un file,\footnote{la funzione però è stata introdotta su Linux
+ solo a partire dal kernel 2.5.60.} così che esso possa provvedere le
+opportune ottimizzazioni; il suo prototipo, che può è disponibile solo se si
+definisce la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad almeno 600, è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{int posix\_fadvise(int fd, off\_t offset, off\_t len, int advice)}
+
+ Dichiara al kernel le future modalità di accesso ad un file.
+
+ \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{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{advice} non è valido o
+ \param{fd} si riferisce ad un tipo di file che non supporta l'operazione
+ (come una pipe o un socket).
+ \item[\errcode{ESPIPE}] previsto dallo standard se \param{fd} è una pipe o
+ un socket (ma su Linux viene restituito \errcode{EINVAL}).
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione dichiara al kernel le modalità con cui intende accedere alla
+regione del file indicato da \param{fd} che inizia alla posizione
+\param{offset} e si estende per \param{len} byte. Se per \param{len} si usa un
+valore nullo la regione coperta sarà da \param{offset} alla fine del
+file.\footnote{questo è vero solo per le versioni più recenti, fino al kernel
+ 2.6.6 il valore nullo veniva interpretato letteralmente.} Le modalità sono
+indicate dall'argomento \param{advice} che è una maschera binaria dei valori
+illustrati in tab.~\ref{tab:posix_fadvise_flag}. Si tenga presente comunque
+che la funzione dà soltanto un avvertimento, non esiste nessun vincolo per il
+kernel, che utilizza semplicemente l'informazione.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{POSIX\_FADV\_NORMAL} & Non ci sono avvisi specifici da fare
+ riguardo le modalità di accesso, il
+ comportamento sarà identico a quello che si
+ avrebbe senza nessun avviso.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL}& L'applicazione si aspetta di accedere di
+ accedere ai dati specificati in maniera
+ sequenziale, a partire dalle posizioni più
+ basse.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_RANDOM} & I dati saranno letti in maniera
+ completamente causale.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} & I dati saranno acceduti una sola volta.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}& I dati saranno acceduti a breve.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED}& I dati non saranno acceduti a breve.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dei bit dell'argomento \param{advice} di
+ \func{posix\_fadvise} che indicano la modalità con cui si intende accedere
+ ad un file.}
+ \label{tab:posix_fadvise_flag}
+\end{table}
+
+Anche \func{posix\_fadvise} si appoggia al sistema della memoria virtuale ed
+al meccanismo standard del \textit{readahead} utilizzato dal kernel; in
+particolare con \const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL} si raddoppia la dimensione
+dell'ammontare di dati letti preventivamente rispetto al default, aspettandosi
+appunto una lettura sequenziale che li utilizzerà, mentre con
+\const{POSIX\_FADV\_RANDOM} si disabilita del tutto il suddetto meccanismo,
+dato che con un accesso del tutto casuale è inutile mettersi a leggere i dati
+immediatamente successivi gli attuali; infine l'uso di
+\const{POSIX\_FADV\_NORMAL} consente di riportarsi al comportamento di
+default.
+
+Le due modalità \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} e \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}
+danno invece inizio ad una lettura in cache della regione del file indicata.
+La quantità di dati che verranno letti è ovviamente limitata in base al carico
+che si viene a creare sul sistema della memoria virtuale, ma in genere una
+lettura di qualche megabyte viene sempre soddisfatta (ed un valore superiore è
+solo raramente di qualche utilità). In particolare l'uso di
+\const{POSIX\_FADV\_WILLNEED} si può considerare l'equivalente POSIX di
+\func{readahead}.
+
+Infine con \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED} si dice al kernel di liberare le
+pagine di cache occupate dai dati presenti nella regione di file indicata.
+Questa è una indicazione utile che permette di alleggerire il carico sulla
+cache, ed un programma può utilizzare periodicamente questa funzione per
+liberare pagine di memoria da dati che non sono più utilizzati per far posto a
+nuovi dati utili.\footnote{la pagina di manuale riporta l'esempio dello
+ streaming di file di grosse dimensioni, dove le pagine occupate dai dati già
+ inviati possono essere tranquillamente scartate.}
+
+Sia \func{posix\_fadvise} che \func{readahead} attengono alla ottimizzazione
+dell'accesso in lettura; lo standard POSIX.1-2001 prevede anche una funzione
+specifica per le operazioni di scrittura, \func{posix\_fallocate},\footnote{la
+ funzione è stata introdotta a partire dalle glibc 2.1.94.} che consente di
+preallocare dello spazio disco per assicurarsi che una seguente scrittura non
+fallisca, il suo prototipo, anch'esso disponibile solo se si definisce la
+macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad almeno 600, è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{int posix\_fallocate(int fd, off\_t offset, off\_t len)}
+
+ Richiede la allocazione di spazio disco per un file.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e direttamente un
+ codice di errore, in caso di fallimento, in questo caso \var{errno} non
+ viene impostata, ma sarà restituito direttamente uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido o non è aperto in scrittura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] o \param{offset} o \param{len} sono minori di
+ zero.
+ \item[\errcode{EFBIG}] il valore di (\param{offset} + \param{len}) eccede
+ la dimensione massima consentita per un file.
+ \item[\errcode{ENODEV}] l'argomento \param{fd} non fa riferimento ad un
+ file regolare.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è sufficiente spazio disco per eseguire
+ l'operazione.
+ \item[\errcode{ESPIPE}] l'argomento \param{fd} è una pipe.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione si assicura che venga allocato sufficiente spazio disco perché sia
+possibile scrivere sul file indicato dall'argomento \param{fd} nella regione
+che inizia dalla posizione \param{offset} e si estende per \param{len} byte;
+se questa si estende oltre la fine del file le dimensioni di quest'ultimo
+saranno incrementate di conseguenza. Dopo aver eseguito con successo la
+funzione è garantito che una scrittura nella regione indicata non fallirà per
+mancanza di spazio disco.
+
+
+
+% TODO documentare \func{posix\_fadvise}
+% vedi http://insights.oetiker.ch/linux/fadvise.html
+% questo tread? http://www.ussg.iu.edu/hypermail/linux/kernel/0703.1/0032.html
+
+% TODO documentare \func{fallocate}, introdotta con il 2.6.23
+% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
+% http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_23
+
+%\subsection{L'utilizzo delle porte di I/O}
+%\label{sec:file_io_port}
+%
+% TODO l'I/O sulle porte di I/O
+% consultare le manpage di ioperm, iopl e outb
+
+
-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}
\label{sec:file_locking}
\index{file!locking|(}
-In \secref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
+
+In sez.~\ref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
-in \textit{append mode}, quando più processi scrivono contemporaneamente sullo
-stesso file non è possibile determinare la sequenza in cui essi opereranno.
+in \itindex{append~mode} \textit{append mode}, quando più processi scrivono
+contemporaneamente sullo stesso file non è possibile determinare la sequenza
+in cui essi opereranno.
-Questo causa la possibilità di race condition\index{race condition}; in
-generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che
-scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni
-scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi
-processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul
-file.
+Questo causa la possibilità di una \itindex{race~condition} \textit{race
+ condition}; in generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra
+un processo che scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono
+leggere informazioni scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella
+in cui diversi processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro
+output sul file.
In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
-evitare le race condition\index{race condition}, attraverso una serie di
-funzioni che permettono di bloccare l'accesso al file da parte di altri
-processi, così da evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle
-operazioni di scrittura.
+evitare le \itindex{race~condition} \textit{race condition}, attraverso una
+serie di funzioni che permettono di bloccare l'accesso al file da parte di
+altri processi, così da evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità
+delle operazioni di scrittura.
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
+ \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discrectionary 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
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.
+che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite comunque e non
+risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock}; pertanto è
+sempre compito dei vari processi che intendono usare il file locking,
+controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi prima di accedervi,
+utilizzando le relative funzioni.
In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock}:\footnote{di
seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
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.
+file affinché il suo contenuto 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.
+proteggere il suo accesso in scrittura.
\begin{table}[htb]
\centering
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
-ottenere deve essere compatibile con le modalità di apertura dello stesso (di
-lettura per un read lock e di scrittura per un write lock).
+delle varie possibilità è riassunta in tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si
+sono riportati, per le varie tipologie di lock presenti su un file, il
+risultato che si ha in corrispondenza alle due tipologie di \textit{file lock}
+menzionate, nel successo della richiesta.
+
+Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
+permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
+che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di lock che
+si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
+apertura dello stesso (in lettura per un read lock e in scrittura per un write
+lock).
%% Si ricordi che
%% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
%% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
-\subsection{La funzione \func{flock}}
+\subsection{La funzione \func{flock}}
\label{sec:file_flock}
La prima interfaccia per il file locking, quella derivata da BSD, permette di
\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
+ \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
specificato \const{LOCK\_NB}.
\end{errlist}
}
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}.
+tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
\begin{table}[htb]
\centering
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
+In fig.~\ref{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\index{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
+ accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono
+ mantenuti in una \itindex{linked~list} \textit{linked list} di strutture
\struct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \struct{inode} (per le
definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12.5cm]{img/file_flock}
+ \includegraphics[width=14cm]{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}
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 \struct{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.
+kernel secondo lo schema di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad
+ogni nuovo \textit{file lock} un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto
+ nel campo \var{fl\_file} di \struct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per
+ i lock creati con la semantica BSD.} alla voce nella \itindex{file~table}
+\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}.
+fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}
+corrispondente a quella registrata nel lock. Allora se ricordiamo quanto
+visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e sez.~\ref{sec:file_sharing}, e cioè che i
+file descriptor duplicati e quelli ereditati in un processo figlio puntano
+sempre alla stessa voce nella \itindex{file~table} \textit{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.
+descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella \itindex{file~table}
+\textit{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
+ \itindex{file~table} \textit{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
+\itindex{file~table} \textit{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.
+che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
+\textit{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
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}
+sez.~\ref{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)}
\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
+ \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
+ \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
+ \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}\index{deadlock}. Non è garantito che il sistema
+ \itindex{deadlock} \textit{deadlock}. Non è garantito che il sistema
riconosca sempre questa situazione.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale prima
+ \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}.
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 \struct{flock}
-(la cui definizione è riportata in \figref{fig:struct_flock}) nella quale
+(la cui definizione è riportata in fig.~\ref{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
\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}
+ \includestruct{listati/flock.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \struct{flock}, usata da \func{fcntl} per il file
+ \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il file
locking.}
\label{fig:struct_flock}
\end{figure}
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}).
+relative descrizioni in sez.~\ref{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
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
\label{tab:file_flock_type}
\end{table}
+Il tipo di file lock richiesto viene specificato dal campo \var{l\_type}, esso
+può assumere i tre valori definiti dalle costanti riportate in
+tab.~\ref{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.
+
Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{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
+\param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{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
\begin{figure}[htb]
\centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
- \caption{Schema di una situazione di \textit{deadlock}\index{deadlock}.}
+ \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \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
+fig.~\ref{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}.
+porta ad un \itindex{deadlock} \textit{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 \itindex{deadlock}
+\textit{deadlock}.
+
+
+Per capire meglio il funzionamento del file locking in semantica POSIX (che
+differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
+sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
+kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
+fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
+di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in questo caso nella figura si
+ sono evidenziati solo i campi di \struct{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 \index{inode} all'inode, solo che in
+questo caso la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una
+voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del
+\acr{pid} del processo.
\begin{figure}[!bht]
\centering \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock}
\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
- \struct{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\index{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
- \struct{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.
+presenti sul file\footnote{scandisce cioè la \itindex{linked~list}
+ \textit{linked list} delle strutture \struct{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.
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 considerazione un'altro
+\acr{pid} del processo, possiamo anche prendere in considerazione 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
\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}
+ \includecodesample{listati/Flock.c}
\end{minipage}
\normalsize
\caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
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
+intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
allegato nella directory dei sorgenti).
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
+un argomento (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
\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
+ \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
+ \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}.
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}.
+tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
\begin{table}[htb]
\centering
\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. \\
+ 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
\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
\label{sec:file_mand_locking}
+\itindbeg{mandatory~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
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
-group-ID 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
+utilizzo particolare del bit \itindex{sgid~bit} \acr{sgid}. Se si ricorda
+quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso viene di norma
+utilizzato per cambiare il group-ID 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}.}
+ sez.~\ref{sec:file_perm_management} 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).
+neanche l'amministratore 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 \itindex{sgid~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
+tab.~\ref{tab:sys_mount_flags}, o con l'opzione \code{-o mand} per il comando
+omonimo).
Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
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,
+abbiamo trattato in sez.~\ref{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
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.
-\index{file!locking|)}
+\index{file!locking|)}
+\itindend{mandatory~locking|(}
+
+
+% LocalWords: dell'I locking multiplexing cap dell' sez system call socket BSD
+% LocalWords: descriptor client deadlock NONBLOCK EAGAIN polling select kernel
+% LocalWords: pselect like sys unistd int fd readfds writefds exceptfds struct
+% LocalWords: timeval errno EBADF EINTR EINVAL ENOMEM sleep tab signal void of
+% LocalWords: CLR ISSET SETSIZE POSIX read NULL nell'header l'header glibc fig
+% LocalWords: libc header psignal sigmask SOURCE XOPEN timespec sigset race DN
+% LocalWords: condition sigprocmask tut self trick oldmask poll XPG pollfd l'I
+% LocalWords: ufds unsigned nfds RLIMIT NOFILE EFAULT ndfs events revents hung
+% LocalWords: POLLIN POLLRDNORM POLLRDBAND POLLPRI POLLOUT POLLWRNORM POLLERR
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