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%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
\label{cha:file_advanced}
In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
-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}.
+dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
+ locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
+permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
+che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
+varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
+file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
+controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
+
+
+\section{Il \textit{file locking}}
+\label{sec:file_locking}
+
+\index{file!locking|(}
+
+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 \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 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 \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 lettura o scrittura.
+
+
+\subsection{L'\textit{advisory locking}}
+\label{sec:file_record_locking}
+
+La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
+sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
+ locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
+ come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
+ \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{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
+ ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
+ riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
+ mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
+processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
+esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file.
+
+Questo significa che le funzioni \func{read} o \func{write} 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
+\textit{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
+ nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
+ \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
+ processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
+ \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
+\textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
+file affinché 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.
+
+In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
+ locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
+\func{flock}, la seconda è quella standardizzata da POSIX.1 (derivata da
+System V), che è basata sulla funzione \func{fcntl}. I \textit{file lock}
+sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due
+interfacce,\footnote{in realtà con Linux questo avviene solo dalla serie 2.0
+ dei kernel.} che pertanto possono coesistere senza interferenze.
+
+Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
+inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
+\textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
+lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il blocco viene acquisito
+il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
+comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
+le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco. La situazione
+delle varie possibilità è riassunta in tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si
+sono riportati, per le varie tipologie di blocco presenti su un file, il
+risultato che si ha in corrispondenza alle due tipologie di \textit{file lock}
+menzionate, nel successo della richiesta.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
+ \hline
+ \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
+ \cline{2-4}
+ &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
+ \hline
+ \hline
+ \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
+ \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
+ \label{tab:file_file_lock}
+\end{table}
+
+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 blocco che
+si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
+apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
+un \textit{write lock}).
+
+%% Si ricordi che
+%% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
+%% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
+%% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
+
+
+\subsection{La funzione \func{flock}}
+\label{sec:file_flock}
+
+La prima interfaccia per il \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
+permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per
+richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
+
+ Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
+ specificato \const{LOCK\_NB}.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
+
+La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
+a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
+\param{operation}; questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
+essere passato costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
+riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\
+ \const{LOCK\_EX} & Richiede un \textit{esclusive lock} sul file.\\
+ \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
+ \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
+ richiesta di un \textit{file lock}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
+ \label{tab:file_flock_operation}
+\end{table}
+
+I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
+richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera
+alternativa. Se si specifica anche \const{LOCK\_NB} la funzione non si
+bloccherà qualora il \textit{file lock} non possa essere acquisito, ma
+ritornerà subito con un errore di \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un
+\textit{file lock} si dovrà invece usare \const{LOCK\_UN}.
+
+Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
+cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
+ lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
+possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
+facendo fallire la riacquisizione.
+
+Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
+mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
+\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
+POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
+NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
+funzionalità.
+
+La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
+\textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
+comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
+\func{dup} e \func{fork}. Per capire queste differenze occorre descrivere con
+maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
+per entrambe le interfacce.
+
+In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
+dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
+fondamentale da capire è che un \textit{file 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 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 del kernel). Un bit del campo
+ \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di un lock in semantica BSD
+ (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).} dato che questo è l'unico
+riferimento in comune che possono avere due processi diversi che aprono lo
+stesso file.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=15cm]{img/file_flock}
+ \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
+ particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
+ \label{fig:file_flock_struct}
+\end{figure}
+
+La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
+determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
+un nuovo elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \struct{file\_lock}.}
+Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la semantica della funzione
+prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un
+\textit{file lock} quanto piuttosto degli ulteriori riferimenti allo
+stesso. Questo viene realizzato dal 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 \textit{file lock} creati
+ con la semantica BSD.} alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file
+ table} da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare.
+
+Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
+\textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
+file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
+\textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco. 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 \textit{file lock} attraverso uno qualunque
+dei file 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 \textit{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 \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
+rimuovere tutti i blocchi 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 blocco rimosso)
+fintanto 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 \textit{file lock} non viene rilasciato.
+
+
+\subsection{Il \textit{file locking} POSIX}
+\label{sec:file_posix_lock}
+
+La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
+quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
+già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
+sez.~\ref{sec:file_fcntl}. Quando la si impiega per il \textit{file locking}
+essa viene usata solo secondo il seguente prototipo:
+\begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
+
+ Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
+ \textit{file lock} da parte di altri processi.
+ \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
+ sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
+ dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
+ \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
+ bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
+ di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
+ un \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
+ di poter acquisire un \textit{file lock}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
+ }
+\end{prototype}
+
+Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
+\func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
+al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
+relative agli eventuali blocchi preesistenti. Per poter fare tutto questo la
+funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
+(la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
+inserire tutti i dati relativi ad un determinato blocco. Si tenga presente poi
+che un \textit{file lock} fa sempre riferimento ad una regione, per cui si
+potrà avere un conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale
+con un'altra regione bloccata.
+
+\begin{figure}[!bht]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/flock.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
+ \textit{file locking}.}
+ \label{fig:struct_flock}
+\end{figure}
+
+
+I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
+\var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
+il blocco: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
+lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
+contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
+dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
+\const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
+relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
+
+Si tenga presente che un \textit{file lock} può essere richiesto anche per una
+regione al di là della corrente fine del file, così che una eventuale
+estensione dello stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un
+valore nullo per \var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla
+dimensione massima del file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque
+regione a partire da un certo punto fino alla fine del file, coprendo
+automaticamente quanto eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
+ \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
+ \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un \textit{file lock}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
+ \label{tab:file_flock_type}
+\end{table}
+
+Il tipo di \textit{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 blocco 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
+\textit{file 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 sez.~\ref{sec:file_fcntl}, specifica
+l'azione da compiere; i valori relativi al \textit{file locking} sono tre:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{file lock} specificato dalla
+ struttura puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo
+ sovrascrive la struttura \param{flock} con i valori relativi al blocco già
+ esistente che ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il
+ campo \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
+\item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
+ \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
+ corrispondente \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel
+ caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
+ preesistente la funzione ritorna immediatamente con un errore di
+ \errcode{EACCES} o di \errcode{EAGAIN}.
+\item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
+ non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette il
+ processo in stato di attesa fintanto che il blocco precedente non viene
+ rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
+ con un errore di \errcode{EINTR}.
+\end{basedescript}
+
+Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
+una presenza generica di blocco su un file, perché se ne esistono altri
+compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
+\var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}. Inoltre a seconda del valore di
+\var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di
+blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
+\const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco che
+impedisce l'acquisizione di quello richiesto (basta che le regioni si
+sovrappongano), ma la funzione ne riporterà sempre soltanto uno, impostando
+\var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i valori \var{l\_start} e \var{l\_len}
+per indicare quale è la regione bloccata.
+
+Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
+\const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
+operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un blocco fra le due
+chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
+\func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
+ è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
+ sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
+quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il blocco sia
+stato effettivamente acquisito.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
+ \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 \textit{file locking} POSIX
+introduce un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
+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 \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 blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
+\textit{deadlock}.
+
+Per capire meglio il funzionamento del \textit{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 blocco 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}
+ \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
+ particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
+ \label{fig:file_posix_lock}
+\end{figure}
+
+Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
+tutti i blocchi 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 blocco, in
+caso negativo il nuovo blocco 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 blocco.
+Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
+dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
+POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
+figlio avrà un \acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una
+\func{exec} in quanto il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al
+contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
+tutti i \textit{file lock} da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
+
+La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
+allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
+\func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
+un blocco, dato che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da
+questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
+chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
+semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
+tutti i blocchi relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi
+fossero stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
+
+Dato che il controllo sull'accesso ai blocchi viene eseguito sulla base del
+\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 blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
+stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
+solo sul \acr{pid} del processo che chiama la funzione, queste richieste
+avranno sempre successo.
+
+Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
+accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
+ cioè si richiede più volte lo stesso \textit{file lock}, o più blocchi sulla
+ stessa sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola
+ richiesta di rilascio per cancellare il blocco.} la cosa non ha alcun
+effetto; la funzione ritorna con successo, senza che il kernel debba
+modificare la lista dei \textit{file lock}. In questo caso invece si possono
+avere una serie di situazioni diverse: ad esempio è possibile rimuovere con
+una sola chiamata più \textit{file lock} distinti (indicando in una regione
+che si sovrapponga completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo
+una parte di un blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella
+di un altro blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri
+\textit{file lock} già ottenuti, e così via, a secondo di come si
+sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta. Il
+comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
+l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
+preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei \textit{file
+ lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
+con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/Flock.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
+ \label{fig:file_flock_code}
+\end{figure}
+
+Per fare qualche esempio sul \textit{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 fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
+riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
+allegato nella directory dei sorgenti).
+
+La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
+funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
+impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
+vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
+switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
+le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un \textit{write
+ lock} o \textit{read lock} (i due valori sono esclusivi, la variabile
+assumerà quello che si è specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono
+pure impostate la variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando
+si invoca l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la
+semantica POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di
+richiesta del \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
+\cmd{-b}.
+
+Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
+un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
+ 15--18}) il tipo di blocco, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
+uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
+comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
+reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
+valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
+\const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
+modalità bloccante.
+
+Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
+controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
+si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
+opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di blocco al valore viene
+aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
+vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria. Nel caso
+invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
+immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
+esegue (\texttt{\small 41}).
+
+In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco viene controllato il
+risultato uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un
+messaggio (\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si
+pone in attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c}
+dato da tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e
+tutti i blocchi vengono rilasciati.
+
+Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
+\textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
+file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
+caso si è usato il \textit{file locking} POSIX e non avendo specificato niente
+riguardo alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori
+preimpostati che bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad
+eseguire lo stesso comando in un altro terminale, e avremo lo stesso
+risultato. Se invece proviamo ad eseguire un \textit{write lock} avremo:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
+blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{read lock}. Si noti
+che il risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte
+del file con il comando:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+se invece blocchiamo una regione con:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
+dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
+regioni si sovrappongono avremo che:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
+avremo che:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
+\textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
+Failed lock: Resource temporarily unavailable
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
+
+Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
+bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
+bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
+opzione:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
+nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
+essere acquisito otterremo:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
+punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
+\texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
+blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}%$
+\end{minipage}\vspace{3mm}
+\par\noindent
+
+Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
+fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
+ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
+succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
+BSD:
+
+\vspace{1mm}
+\begin{minipage}[c]{12cm}
+\begin{verbatim}
+[root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
+Lock acquired
+\end{verbatim}
+\end{minipage}\vspace{1mm}
+\par\noindent
+che ci mostra come i due tipi di blocco siano assolutamente indipendenti; per
+questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
+disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i
+blocchi applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
+
+
+
+\subsection{La funzione \func{lockf}}
+\label{sec:file_lockf}
+
+Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il \textit{file locking} sia molto
+più potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
+complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
+motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
+che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
+
+ Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] non è possibile acquisire il lock, e si è
+ selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
+ file è mappato in memoria.
+ \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
+ sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
+ dei \textit{file lock}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
+ }
+\end{prototype}
+
+Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
+che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
+tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
+ mantenere un blocco condiviso sullo stesso file.\\
+ \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
+ alla volta può mantenere un blocco esclusivo su un file.\\
+ \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
+ \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il blocco non è disponibile,
+ si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
+ con un OR aritmetico dei valori.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
+ \label{tab:file_lockf_type}
+\end{table}
+
+Qualora il blocco non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
+\const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
+Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
+delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
+affatto equivalente a \func{flock}).
+
+
+
+\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
+\label{sec:file_mand_locking}
+
+\itindbeg{mandatory~locking|(}
+
+Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
+per introdurre un \textit{file locking} che, come dice il nome, fosse
+effettivo indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
+\textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
+direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
+opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
+
+Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
+utilizzo particolare del bit \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
+ 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 l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file 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 blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{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
+ha nessun effetto sui \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
+\func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
+per \func{fcntl}.
+
+La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
+precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
+\textit{mandatory lock} attivato non è più necessario controllare la
+disponibilità di accesso al file, ma si potranno usare direttamente le
+ordinarie funzioni di lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire
+direttamente il \textit{file locking}.
+
+Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
+avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
+fino al rilascio del blocco, a meno di non aver aperto il file con
+\const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore
+di \errcode{EAGAIN}.
+
+Se invece si è acquisito un \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
+scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
+rilascio del blocco, a meno che il file non sia stato aperto con
+\const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato
+con l'errore di \errcode{EAGAIN}.
+
+Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
+sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
+\func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
+così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
+casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
+degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
+con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
+blocco (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
+dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
+
+L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
+funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
+abbiamo trattato in 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
+blocchi\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
+ impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
+ comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
+ diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
+implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
+ all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
+ \file{Documentation/mandatory.txt}.} di seguire questo comportamento
+soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
+qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
+possibilità di modificare il file.
+
+\index{file!locking|)}
+
+\itindend{mandatory~locking|(}
\section{L'\textit{I/O multiplexing}}
\label{sec:file_multiplexing}
+
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
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
+ \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
+ \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}.
\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 \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:
+Per specificare quali file descriptor si intende 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 \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}
\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 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
+quando, come nelle versioni più recenti del kernel, questo limite è stato
+rimosso, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
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.
+ 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
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
+\param{writefds}, per verificare la possibilità di 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
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.
+ comune.}
+
+Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con una struttura di tipo
+\struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) 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 numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
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 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.}
+impostandolo al tempo restante, 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. Questo può causare problemi di portabilità sia
+quando si usa 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.\footnote{in
+ genere questa caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da
+ System V e non è disponibile per quelli che derivano da BSD; lo standard
+ POSIX.1-2001 non permette questo comportamento.}
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
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
+ \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
+ \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
+struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_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
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
+ \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
+ \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}.}
\hline
\const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
\const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
+ \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
+ socket.\footnotemark\\
\const{POLLNVAL} & Il file descriptor non è aperto.\\
\hline
\const{POLLMSG} & Definito per compatibilità con SysV.\\
\label{tab:file_pollfd_flags}
\end{table}
+\footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
+ partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
+ consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
+ socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
+ \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
+ dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
+
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
(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.}
+
+Si tenga conto comunque che le costanti relative ai diversi tipi di dati
+normali e prioritari, vale a dire \const{POLLRDNORM}, \const{POLLWRNORM},
+\const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND} fanno riferimento alle implementazioni
+in stile SysV (in particolare le ultime due non vengono usate su Linux), e
+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
+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}.
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.}
+ 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
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
+ \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
+ \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}.}
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.
+risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la system
+call che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione viene interrotta
+da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come per \func{pselect}
+la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera questo
+comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout}.\footnote{anche
+ se in questo caso non esiste nessuno standard che richiede questo
+ comportamento.}
\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
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 anche un valore \texttt{NULL}.}
-
-
+ partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \texttt{NULL}.}
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
(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{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}).\\
\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
+Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono 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
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
+ opportuno ricordare ancora una volta che l'uso dell'\textit{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}.
+Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
+\textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
+contemporaneamente, per far questo di nuovo è necessaria una variante della
+funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una maschera di
+segnali, analoga alle precedenti estensioni \func{pselect} e \func{ppoll}; in
+questo caso la funzione si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{introdotta a
+ partire dal kernel 2.6.19.} ed il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
+ int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
+ Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando i
+ segnali.
-\itindend{epoll}
+ \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 già visti con \funcd{epoll\_wait}.
+}
+\end{prototype}
+La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
+uscita viene ripristinata la maschera di segnali originale, sostituita durante
+l'esecuzione da quella impostata con l'argomento \param{sigmask}; in sostanza
+la chiamata a questa funzione è equivalente al seguente codice, eseguito però
+in maniera atomica:
+\includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c}
+
+Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
+anche 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}
\subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
\label{sec:file_asyncronous_operation}
+\itindbeg{signal~driven~I/O}
+
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.
+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 è che per tutti i file posti in questa modalità\footnote{si
+ tenga presente però che essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo
+ con socket, file di terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal
+ kernel 2.6, anche per fifo e pipe.} il sistema genera un apposito segnale,
+\const{SIGIO}, tutte le volte che diventa possibile leggere o scrivere dal
+file descriptor che si è posto in questa modalità. Inoltre è possibile, come
+illustrato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, selezionare con il comando
+\const{F\_SETOWN} di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi
+dovrà ricevere il segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le
+operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la
+necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai
+file.
+
+% TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
+
+Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
+questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''. Si tratta di 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 i
(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
-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.
+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, ed indica appunto che il segnale è stato
+ generato a causa di attività di I/O.} 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 questi
ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
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.
+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
% TODO fare esempio che usa O_ASYNC
+\itindend{signal~driven~I/O}
+
+
\subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
\label{sec:file_asyncronous_lease}
\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
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}
+il file viene aperto in 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
\textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
-\index{file!dnotify|(}
+\itindbeg{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
nelle precedenti. Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
specificare un valore nullo.
-\index{file!inotify|(}
+\itindbeg{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
(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_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
+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|)}
+\itindend{dnotify}
Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
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 sul file descriptor, 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 delle
-modifiche con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
-illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}.
+con l'interfaccia di \textit{epoll};\footnote{ed a partire dal kernel 2.6.25 è
+ stato introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
+ \texttt{signal-driven I/O} trattato in
+ sez.~\ref{sec:file_asyncronous_operation}.} 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, 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}
\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 filesystem di \textit{inotify}.
+ 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}
\footnotesize
\begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
\hline
- \textbf{Flag} & & \textbf{Significato} \\
+ \textbf{Valore} & & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
\const{IN\_ACCESS} &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
\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
+ \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
+ \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.\\
directory sotto osservazione.\\
\const{IN\_OPEN} &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\
\hline
- \const{IN\_CLOSE} & -- & Combinazione di
+ \const{IN\_CLOSE} & & Combinazione di
\const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
\const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\
- \const{IN\_MOVE} & -- & Combinazione di
+ \const{IN\_MOVE} & & Combinazione di
\const{IN\_MOVED\_FROM} e
\const{IN\_MOVED\_TO}.\\
- \const{IN\_ALL\_EVENTS} & -- & Combinazione di tutti i flag
+ \const{IN\_ALL\_EVENTS} & & Combinazione di tutti i flag
possibili.\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Le costanti che identificano i valori per la maschera binaria
+ \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}
\footnotesize
\begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
\hline
- \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
\const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
quelli per i file che contiene.\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Le costanti che identificano i valori per la maschera binaria
+ \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}
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 soltato a partire dal
+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}; è tramite questo valore che si identifica
-univocamente un \textsl{osservatore} su una coda di notifica, sia per quanto
-riguarda i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per quanto riguarda
-la eventuale rimozione dello stesso; la seconda funzione per la gestione delle
-liste di osservazione è infatti \funcd{inotify\_rm\_watch}, che permette di
-rimuovere un \textsl{osservatore}; il suo prototipo è:
+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)}
\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}.} inoltre, contemporaneamente alla rimozione
-dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un evento di tipo
-\const{IN\_IGNORED} (vedi tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}).
-
-
-Oltre che per la rimozione, il \textit{watch descriptor} viene usato anche per
-identificare l'evento a cui si fa riferimento nella lista dei risultati
-restituiti da \textit{inotify}; questi ultimi infatti vengono notificati alle
-applicazioni che usano l'interfaccia di \textit{inotify} come dati presenti in
-lettura su file descriptor creato con \func{inotify\_init}.
-
+ 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
\includestruct{listati/inotify_event.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \structd{inotify\_event}.}
+ \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
+ \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
\label{fig:inotify_event}
\end{figure}
-
-Inoltre l'interfaccia di \textit{inotify} permette di conoscere, come avviene
-per i file descriptor associati ai socket (si veda al proposito quanto
-trattato in sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
-lettura sul nostro file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
-\const{FIONREAD} con \func{ioctl}.\footnote{questa è una delle operazioni
- speciali (che abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_ioctl}) che nel caso è
- disponibile solo per i socket e per i file descriptor creati con
- \func{inotify\_init}.} Questo consente anche di ottenere rapidamente il
-numero di file che sono cambiati.
-
-
-
-
+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{Flag} & \textbf{Significato} \\
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{IN\_IGNORED} & .\\
- \const{IN\_ISDIR} & .\\
- \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& .\\
- \const{IN\_UNMOUNT} & .\\
+ \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 flag aggiuntivi usati nella maschera
- binaria del campo \var{mask} di \structd{inotify\_event}.}
+ \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}
-% TODO inserire anche inotify, vedi http://www.linuxjournal.com/article/8478
-% TODO e man inotify
-
-\index{file!inotify|)}
-
-
-% TODO inserire anche eventfd (vedi http://lwn.net/Articles/233462/)
-% e le restanti signalfd e timerfd introdotte con il 2.6.22
-% o trovargli un posto migliore
+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.
+
+\itindend{inotify}
+
+% TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e
+% http://lwn.net/Articles/343346/
\subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
-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.
+di \itindex{thread} \textit{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
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}
- \includestruct{listati/sigevent.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \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
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}
- con argomento \var{sigev\_value}, e con gli attributi specificati da
- \var{sigev\_notify\_attribute}.
+ \itindex{thread} \textit{thread} che esegue la funzione specificata da
+ \var{sigev\_notify\_function} con argomento \var{sigev\_value}, e con gli
+ attributi specificati da \var{sigev\_notify\_attribute}.
\end{basedescript}
Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
\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}
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{EINVAL}] Si è passato un valore di \param{mode} non valido
+ \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.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
\end{errlist}
}
\end{prototype}
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
- vettorizzato} e per l'\textsl{I/O mappato in memoria} e la funzione
-\func{sendfile}.
-
-
-\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.
-
-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)}
- \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{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 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}. 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}.
+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}
cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
\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
+file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo che lo ha allocato.
+
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_layout}
+ \includegraphics[width=14cm]{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}
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}] 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
+ \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{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
+ \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
+ \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
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è superato il limite del sistema sul numero di
file aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
\end{errlist}
}
all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
-
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
\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 \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
+Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{come
+ accennato in sez.~\ref{sec:proc_memory} 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 \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 una \itindex{segment~violation}
+ \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 tab.~\ref{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,
un \const{SIGSEGV}.\\
\const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
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\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} \textit{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, ignorato.\\
- \const{MAP\_32BIT} & Esegue la mappatura sui primi 2GiB dello spazio
+ \const{MAP\_32BIT} & Esegue la mappatura sui primi 2Gb 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
\label{tab:file_mmap_flag}
\end{table}
+\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.}
Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
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
+\index{paginazione} 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.
-\footnotetext[20]{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
- memoria.}
-
-\footnotetext[21]{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=12cm]{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
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/mmap_exceed}
+ \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}
del contenuto della memoria su cui è mappato.
Per questo, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file attraverso
-l'interfaccia standard, quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
+l'interfaccia standard quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria, purché si
abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in memoria mette
a disposizione la funzione \funcd{msync} per sincronizzare il contenuto della
\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
+ \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
+ \item[\errcode{EFAULT}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
precedentemente mappata.
\end{errlist}
}
di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
del file aggiornato.
+
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{MS\_ASYNC} & Richiede la sincronizzazione.\\
- \const{MS\_SYNC} & Attende che la sincronizzazione si eseguita.\\
- \const{MS\_INVALIDATE}& Richiede che le altre mappature dello stesso file
- siano invalidate.\\
- \hline
+ \const{MS\_SYNC} & richiede una sincronizzazione e ritorna soltanto
+ quando questa è stata completata.\\
+ \const{MS\_ASYNC} & richiede una sincronizzazione, ma ritorna subito
+ non attendendo che questa sia finita.\\
+ \const{MS\_INVALIDATE} & invalida le pagine per tutte le mappature
+ in memoria così da rendere necessaria una
+ rilettura immediata delle stesse.\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
- \label{tab:file_mmap_rsync}
+ \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \label{tab:file_mmap_msync}
\end{table}
L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
-dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_rsync}, di questi però
+dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_msync}, di questi però
\const{MS\_ASYNC} e \const{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
-flag fa invalidare le pagine di cui si richiede la sincronizzazione per tutte
-le mappature dello stesso file, così che esse possano essere immediatamente
-aggiornate ai nuovi valori.
+flag fa sì che vengano invalidate, per tutte le mappature dello stesso file,
+le pagine di cui si è richiesta la sincronizzazione, così che esse possano
+essere immediatamente aggiornate con i nuovi valori.
Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
mappatura della memoria usando la funzione \funcd{munmap}, il suo prototipo è:
\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}
}
\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
+ \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}
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{L'I/O diretto fra file descriptor}
-\label{sec:file_sendfile_splice}
-
-
-Uno dei problemi che si presenta 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 sarebbe molto più
-efficiente tenere 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}; 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,
-per cui vengono utilizzati diversi prototipi e semantiche
-differenti;\footnote{pertanto si eviti di utilizzarla se si devono scrivere
- programmi portabili.} 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 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}] 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
- o una operazione di \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}
-
-
-%NdA è da finire, sul perché non è abilitata fra file vedi:
-%\href{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}
-%{\texttt{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}}
-
-
-% TODO documentare la funzione sendfile
-% TODO documentare le funzioni tee e splice
-% http://kerneltrap.org/node/6505 e http://lwn.net/Articles/178199/ e
-% http://lwn.net/Articles/179492/
-% e http://en.wikipedia.org/wiki/Splice_(system_call)
-% e http://kerneltrap.org/node/6505
-
-
-
-
-\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.
-
-
-% TODO documentare \func{madvise}
-% TODO documentare \func{mincore}
-% 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}
-% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
-
-
-%\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
-
-
-
-
-\section{Il file locking}
-\label{sec:file_locking}
-
-\index{file!locking|(}
-
-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 \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 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 \textit{race condition} \itindex{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.
-
-
-
-\subsection{L'\textit{advisory locking}}
-\label{sec:file_record_locking}
-
-La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
-sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
- locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
- come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
- \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{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
- ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
- riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
- mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
-processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
-esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. Questo significa
-che le funzioni \func{read} o \func{write} 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
- nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
- \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
- processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
- \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
-\textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
-file affinché 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.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
- \hline
- \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
- \cline{2-4}
- &Nessun lock&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
- \hline
- \hline
- \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
- \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Tipologie di file locking.}
- \label{tab:file_file_lock}
-\end{table}
-
-In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
- locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
-\func{flock}, la seconda è quella standardizzata da POSIX.1 (derivata da
-System V), che è basata sulla funzione \func{fcntl}. I \textit{file lock}
-sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due interfacce,
-che pertanto possono coesistere senza interferenze.
-
-Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
-inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
-\textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
-lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il lock viene acquisito
-il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
-comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
-le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il lock. La situazione
-delle varie possibilità è riassunta in 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
-%% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
-%% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
-
-
-\subsection{La funzione \func{flock}}
-\label{sec:file_flock}
-
-La prima interfaccia per il file locking, quella derivata da BSD, permette di
-eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per richiedere e
-rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
-
- Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] Il file ha già un blocco attivo, e si è
- specificato \const{LOCK\_NB}.
- \end{errlist}
- }
-\end{prototype}
-
-La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
-a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
-\param{operation}, questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
-essere passato utilizzando le costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{LOCK\_SH} & Asserisce uno \textit{shared lock} sul file.\\
- \const{LOCK\_EX} & Asserisce un \textit{esclusive lock} sul file.\\
- \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
- \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
- richiesta di un \textit{file lock}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
- \label{tab:file_flock_operation}
-\end{table}
-
-I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
-richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera
-alternativa. Se si specifica anche \const{LOCK\_NB} la funzione non si
-bloccherà qualora il lock non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con
-un errore di \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un lock si dovrà invece
-usare \const{LOCK\_UN}.
-
-La semantica del file locking di BSD è diversa da quella del file locking
-POSIX, in particolare per quanto riguarda il comportamento dei lock nei
-confronti delle due funzioni \func{dup} e \func{fork}. Per capire queste
-differenze occorre descrivere con maggiore dettaglio come viene realizzato il
-file locking nel kernel in entrambe le interfacce.
-
-In 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 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
- del kernel). Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di
- un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).}
-dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
-diversi che aprono lo stesso file.
-
-\begin{figure}[htb]
- \centering
- \includegraphics[width=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}
-\end{figure}
-
-La richiesta di un file lock prevede una scansione della lista per determinare
-se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di un nuovo
-elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \struct{file\_lock}.} Nel caso
-dei lock creati con \func{flock} la semantica della funzione prevede che sia
-\func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un file lock quanto
-piuttosto degli ulteriori riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal
-kernel secondo lo schema di 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 \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 \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 \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.
+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}.
-Si tenga presente infine che \func{flock} non è in grado di funzionare per i
-file mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di eseguire il
-\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia basata su \func{fcntl} che
-può funzionare anche attraverso NFS, a condizione che sia il client che il
-server supportino questa funzionalità.
-
+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.}
-\subsection{Il file locking POSIX}
-\label{sec:file_posix_lock}
+Per i vantaggi illustrati all'inizio del paragrafo l'interfaccia del
+\textit{memory mapped I/O} viene usata da una grande varietà di programmi,
+spesso con esigenze molto diverse fra di loro riguardo le modalità con cui
+verranno eseguiti gli accessi ad un file; è ad esempio molto comune per i
+database effettuare accessi ai dati in maniera pressoché casuale, mentre un
+riproduttore audio o video eseguirà per lo più letture sequenziali.
+
+Per migliorare le prestazioni a seconda di queste modalità di accesso è
+disponibile una apposita funzione, \funcd{madvise},\footnote{tratteremo in
+ sez.~\ref{sec:file_fadvise} le funzioni che consentono di ottimizzare
+ l'accesso ai file con l'interfaccia classica.} che consente di fornire al
+kernel delle indicazioni su dette modalità, così che possano essere adottate
+le opportune strategie di ottimizzazione. Il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/mman.h}
-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
-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)}
+ \funcdecl{int madvise(void *start, size\_t length, int advice)}
- Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ Fornisce indicazioni sull'uso previsto di un \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{EACCES}] L'operazione è proibita per la presenza di
- \textit{file lock} da parte di altri processi.
- \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
- sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock,
- o il protocollo per il locking remoto è fallito.
- \item[\errcode{EDEADLK}] Si è richiesto un lock su una regione bloccata da
- un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco di un lock
- mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto un
- \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
- di poter acquisire un lock.
+ \item[\errcode{EBADF}] la mappatura esiste ma non corrisponde ad un file.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{start} non è allineato alla dimensione di
+ una pagina, \param{length} ha un valore negativo, o \param{advice} non è
+ un valore valido, o si è richiesto il rilascio (con
+ \const{MADV\_DONTNEED}) di pagine bloccate o condivise.
+ \item[\errcode{EIO}] la paginazione richiesta eccederebbe i limiti (vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}) sulle pagine residenti in memoria del
+ processo (solo in caso di \const{MADV\_WILLNEED}).
+ \item[\errcode{ENOMEM}] gli indirizzi specificati non sono mappati, o, in
+ caso \const{MADV\_WILLNEED}, non c'è sufficiente memoria per soddisfare
+ la richiesta.
\end{errlist}
- ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
+ ed inoltre \errval{EAGAIN} e \errval{ENOSYS}.
}
-\end{prototype}
-
-Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
-\func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
-al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
-relative agli eventuali lock preesistenti. Per poter fare tutto questo la
-funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
-(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
-regione bloccata.
-
-\begin{figure}[!bht]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/flock.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il file
- locking.}
- \label{fig:struct_flock}
-\end{figure}
-
-
-I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
-\var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
-il lock: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
-lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
-contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
-dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
-\const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
-relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
+\end{functions}
-Si tenga presente che un lock può essere richiesto anche per una regione al di
-là della corrente fine del file, così che una eventuale estensione dello
-stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un valore nullo per
-\var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla dimensione massima del
-file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque regione a partire da
-un certo punto fino alla fine del file, coprendo automaticamente quanto
-eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
+La sezione di memoria sulla quale si intendono fornire le indicazioni deve
+essere indicata con l'indirizzo iniziale \param{start} e l'estensione
+\param{lenght}, il valore di \param{start} deve essere allineato,
+mentre \param{length} deve essere un numero positivo.\footnote{la versione di
+ Linux consente anche un valore nullo per \param{lenght}, inoltre se una
+ parte dell'intervallo non è mappato in memoria l'indicazione viene comunque
+ applicata alle restanti parti, anche se la funzione ritorna un errore di
+ \errval{ENOMEM}.} L'indicazione viene espressa dall'argomento \param{advice}
+che deve essere specificato con uno dei valori\footnote{si tenga presente che
+ gli ultimi tre valori sono specifici di Linux (introdotti a partire dal
+ kernel 2.6.16) e non previsti dallo standard POSIX.1b.} riportati in
+tab.~\ref{tab:madvise_advice_values}.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
- \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
- \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un file lock.\\
- \hline
+ \const{MADV\_NORMAL} & nessuna indicazione specifica, questo è il valore
+ di default usato quando non si è chiamato
+ \func{madvise}.\\
+ \const{MADV\_RANDOM} & ci si aspetta un accesso casuale all'area
+ indicata, pertanto l'applicazione di una lettura
+ anticipata con il meccanismo del
+ \itindex{read-ahead} \textit{read-ahead} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_fadvise}) è di
+ scarsa utilità e verrà disabilitata.\\
+ \const{MADV\_SEQUENTIAL}& ci si aspetta un accesso sequenziale al file,
+ quindi da una parte sarà opportuno eseguire una
+ lettura anticipata, e dall'altra si potranno
+ scartare immediatamente le pagine una volta che
+ queste siano state lette.\\
+ \const{MADV\_WILLNEED}& ci si aspetta un accesso nell'immediato futuro,
+ pertanto l'applicazione del \textit{read-ahead}
+ deve essere incentivata.\\
+ \const{MADV\_DONTNEED}& non ci si aspetta nessun accesso nell'immediato
+ futuro, pertanto le pagine possono essere
+ liberate dal kernel non appena necessario; l'area
+ di memoria resterà accessibile, ma un accesso
+ richiederà che i dati vengano ricaricati dal file
+ a cui la mappatura fa riferimento.\\
+ \hline
+ \const{MADV\_REMOVE} & libera un intervallo di pagine di memoria ed il
+ relativo supporto sottostante; è supportato
+ soltanto sui filesystem in RAM \textit{tmpfs} e
+ \textit{shmfs}.\footnotemark\\
+ \const{MADV\_DONTFORK}& impedisce che l'intervallo specificato venga
+ ereditato dal processo figlio dopo una
+ \func{fork}; questo consente di evitare che il
+ meccanismo del \itindex{copy~on~write}
+ \textit{copy on write} effettui la rilocazione
+ delle pagine quando il padre scrive sull'area
+ di memoria dopo la \func{fork}, cosa che può
+ causare problemi per l'hardware che esegue
+ operazioni in DMA su quelle pagine.\\
+ \const{MADV\_DOFORK} & rimuove l'effetto della precedente
+ \const{MADV\_DONTFORK}.\\
+ \const{MADV\_MERGEABLE}& marca la pagina come accorpabile (indicazione
+ principalmente ad uso dei sistemi di
+ virtualizzazione).\footnotemark\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
- \label{tab:file_flock_type}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{advice} di \func{madvise}.}
+ \label{tab:madvise_advice_values}
\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.
+\footnotetext{se usato su altri tipi di filesystem causa un errore di
+ \errcode{ENOSYS}.}
+
+\footnotetext{a partire dal kernel 2.6.32 è stato introdotto un meccanismo che
+ identifica pagine di memoria identiche e le accorpa in una unica pagina
+ (soggetta al \textit{copy-on-write} per successive modifiche); per evitare
+ di controllare tutte le pagine solo quelle marcate con questo flag vengono
+ prese in considerazione per l'accorpamento; in questo modo si possono
+ migliorare le prestazioni nella gestione delle macchine virtuali diminuendo
+ la loro occupazione di memoria, ma il meccanismo può essere usato anche in
+ altre applicazioni in cui sian presenti numerosi processi che usano gli
+ stessi dati; per maggiori dettagli si veda
+ \href{http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_32\#head-d3f32e41df508090810388a57efce73f52660ccb}{\texttt{http://kernelnewbies.org/Linux\_2\_6\_32}}.}
+
+La funzione non ha, tranne il caso di \const{MADV\_DONTFORK}, nessun effetto
+sul comportamento di un programma, ma può influenzarne le prestazioni fornendo
+al kernel indicazioni sulle esigenze dello stesso, così che sia possibile
+scegliere le opportune strategie per la gestione del \itindex{read-ahead}
+\textit{read-ahead} e del caching dei dati. A differenza da quanto specificato
+nello standard POSIX.1b, per il quale l'uso di \func{madvise} è a scopo
+puramente indicativo, Linux considera queste richieste come imperative, per
+cui ritorna un errore qualora non possa soddisfarle.\footnote{questo
+ comportamento differisce da quanto specificato nello standard.}
-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 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
- puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo sovrascrive
- la struttura \param{flock} con i valori relativi al lock già esistente che
- ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il campo
- \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
-\item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
- \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
- corrispondente file lock, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel caso la
- richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un lock preesistente la
- funzione ritorna immediatamente con un errore di \errcode{EACCES} o di
- \errcode{EAGAIN}.
-\item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
- non può essere soddisfatta per la presenza di un altro lock, mette il
- processo in stato di attesa fintanto che il lock precedente non viene
- rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
- con un errore di \errcode{EINTR}.
-\end{basedescript}
+\itindend{memory~mapping}
-Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
-una presenza generica di lock su un file, perché se ne esistono altri
-compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
-\var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}. Inoltre a seconda del valore di
-\var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di lock
-(se è \const{F\_WRLCK}) o di write lock (se è \const{F\_RDLCK}). Si consideri
-poi che può esserci più di un lock che impedisce l'acquisizione di quello
-richiesto (basta che le regioni si sovrappongano), ma la funzione ne riporterà
-sempre soltanto uno, impostando \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i
-valori \var{l\_start} e \var{l\_len} per indicare quale è la regione bloccata.
-Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
-\const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
-operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un lock fra le due
-chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
-\func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
- è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
- sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
-quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il lock sia
-stato effettivamente acquisito.
+\subsection{I/O vettorizzato: \func{readv} e \func{writev}}
+\label{sec:file_multiple_io}
-\begin{figure}[htb]
- \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
- \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
- \label{fig:file_flock_dead}
-\end{figure}
+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 a \func{read} e \func{write}, ci sono casi in cui si vuole poter
+contare sulla atomicità delle operazioni.
+
+Per questo motivo fino da BSD 4.2 vennero introdotte delle nuove system call
+che permettessero di effettuare con una sola chiamata una serie di letture o
+scritture su una serie di buffer, con quello che viene normalmente chiamato
+\textsl{I/O vettorizzato}. Queste funzioni sono \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.} ed 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)}
-Non operando a livello di interi file, il file locking POSIX introduce
-un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
-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 \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}.
+ 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}
-\begin{figure}[!bht]
- \centering \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock}
- \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare
- del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
- \label{fig:file_posix_lock}
+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.
+
+Si tenga presente infine che queste funzioni operano sui file con
+l'interfaccia dei file descriptor, e non è consigliabile mescolarle con
+l'interfaccia classica dei \textit{file stream} di
+cap.~\ref{cha:files_std_interface}; a causa delle bufferizzazioni interne di
+quest'ultima infatti si potrebbero avere risultati indefiniti e non
+corrispondenti a quanto aspettato.
+
+Come per le normali operazioni di lettura e scrittura, anche per l'\textsl{I/O
+ vettorizzato} si pone il problema di poter effettuare le operazioni in
+maniera atomica a partire da un certa posizione sul file. Per questo motivo a
+partire dal kernel 2.6.30 sono state introdotte anche per l'\textsl{I/O
+ vettorizzato} le analoghe delle funzioni \func{pread} e \func{pwrite} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_read} e \ref{sec:file_write}); le due funzioni sono
+\funcd{preadv} e \func{pwritev} ed i rispettivi prototipi sono:\footnote{le
+ due funzioni sono analoghe alle omonime presenti in BSD; le \textit{system
+ call} usate da Linux (introdotte a partire dalla versione 2.6.30)
+ utilizzano degli argomenti diversi per problemi collegati al formato a 64
+ bit dell'argomento \param{offset}, che varia a seconda delle architetture,
+ ma queste differenze vengono gestite dalle funzioni di librerie di libreria
+ che mantengono l'interfaccia delle analoghe tratte da BSD.}
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/uio.h}
+
+ \funcdecl{int preadv(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+ offset)}
+ \funcdecl{int pwritev(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+ offset)}
-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.
+ Eseguono una lettura o una scrittura vettorizzata a partire da una data
+ posizione sul file.
+
+ \bodydesc{Le funzioni hanno gli stessi valori di ritorno delle
+ corrispondenti \func{readv} e \func{writev}; anche gli eventuali errori
+ sono gli stessi già visti in precedenza, ma ad essi si possono aggiungere
+ per \var{errno} anche i valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} ha un valore che non può essere
+ usato come \ctyp{off\_t}.
+ \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è associato ad un socket o una pipe.
+ \end{errlist}
+}
+\end{functions}
-Quando si richiede un lock il kernel effettua una scansione di tutti i lock
-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.
+Le due funzioni eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura
+vettorizzata a partire dalla posizione \param{offset} sul file indicato
+da \param{fd}, la posizione corrente sul file, come vista da eventuali altri
+processi che vi facciano riferimento, non viene alterata. A parte la presenza
+dell'ulteriore argomento il comportamento delle funzioni è identico alle
+precedenti \func{readv} e \func{writev}.
-Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
-\acr{pid} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel lock.
-Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
-dei lock POSIX. La prima conseguenza è che un lock POSIX non viene mai
-ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo figlio avrà un
-\acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una \func{exec} in quanto
-il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al contrario di quanto
-avveniva con la semantica BSD, quando processo termina tutti i file lock da
-esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
+Con l'uso di queste funzioni si possono evitare eventuali
+\itindex{race~condition} \textit{race condition} quando si deve eseguire la
+una operazione di lettura e scrittura vettorizzata a partire da una certa
+posizione su un file, mentre al contempo si possono avere in concorrenza
+processi che utilizzano lo stesso file descriptor (si ricordi quanto visto in
+sez.~\ref{sec:file_adv_func}) con delle chiamate a \func{lseek}.
-La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
-allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
-\func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
-un lock, dato che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da questo
-deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
-chiusura di un file i lock ad esso associati vengono rimossi, nella semantica
-POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare tutti i
-lock relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi fossero
-stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
-
-Dato che il controllo sull'accesso ai lock viene eseguito sulla base del
-\acr{pid} del processo, possiamo anche prendere in 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
-solo sul \acr{pid} del processo che chiama la funzione, queste richieste
-avranno sempre successo.
-Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
-accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
- cioè si richiede più volte lo stesso file lock, o più lock sulla stessa
- sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola richiesta di
- rilascio per cancellare il lock.} la cosa non ha alcun effetto; la funzione
-ritorna con successo, senza che il kernel debba modificare la lista dei lock.
-In questo caso invece si possono avere una serie di situazioni diverse: ad
-esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più lock distinti
-(indicando in una regione che si sovrapponga completamente a quelle di questi
-ultimi), o rimuovere solo una parte di un lock preesistente (indicando una
-regione contenuta in quella di un altro lock), creando un buco, o coprire con
-un nuovo lock altri lock già ottenuti, e così via, a secondo di come si
-sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta. Il
-comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
-l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
-preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei lock per far si
-che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti con quanto
-necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includecodesample{listati/Flock.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
- \label{fig:file_flock_code}
-\end{figure}
+\subsection{L'I/O diretto fra file descriptor: \func{sendfile} e
+ \func{splice}}
+\label{sec:file_sendfile_splice}
-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 fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
-riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
-allegato nella directory dei sorgenti).
+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.
-La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
-funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
-impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
-vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
-switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
-le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un write lock o
-read lock (i due valori sono esclusivi, la variabile assumerà quello che si è
-specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono pure impostate la
-variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando si invoca
-l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la semantica
-POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di richiesta del
-lock (bloccante o meno), a seconda dell'opzione \cmd{-b}.
+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 è stata ideata per ottimizzare il trasferimento dei dati
+fra due file descriptor è \func{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 prototipo
+di \funcd{sendfile} è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/sendfile.h}
-Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
-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
-reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
-valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
-\const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
-modalità bloccante.
+ \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.
-Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
-controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
-si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
-opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di lock al valore viene
-aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
-vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria. Nel caso
-invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
-immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
-esegue (\texttt{\small 41}).
+ \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, resta il dubbio se la scelta di disabilitarla sempre per il
+trasferimento fra file di dati sia davvero corretta. Se ci sono peggioramenti
+di prestazioni infatti si può sempre fare ricorso al metodo ordinario, ma
+lasciare a disposizione la funzione consentirebbe se non altro di semplificare
+la gestione della copia dei dati fra file, evitando di dover gestire
+l'allocazione di un buffer temporaneo per il loro trasferimento.
+
+Questo dubbio si può comunque ritenere superato con l'introduzione, avvenuta a
+partire dal kernel 2.6.17, della nuova \textit{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}
-In entrambi i casi dopo aver richiesto il lock viene controllato il risultato
-uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un messaggio
-(\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si pone in
-attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c} dato da
-tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e tutti i
-lock vengono rilasciati.
+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}.
-Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del file
-locking; cominciamo con l'eseguire un read lock su un file, ad esempio usando
-all'interno di un terminale il seguente comando:
+\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}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il programma segnalerà di aver acquisito un lock e si bloccherà; in questo
-caso si è usato il file locking POSIX e non avendo specificato niente riguardo
-alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori preimpostati che
-bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad eseguire lo stesso
-comando in un altro terminale, e avremo lo stesso risultato. Se invece
-proviamo ad eseguire un write lock avremo:
+\footnotetext[120]{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[121]{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}.
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
-lock, dato che il file è bloccato dal precedente read lock. Si noti che il
-risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte del
-file con il comando:
+\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}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-se invece blocchiamo una regione con:
+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.
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-una volta che riproviamo ad acquisire il write lock i risultati dipenderanno
-dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due regioni si
-sovrappongono avremo che:
+\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}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-ed il lock viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
-avremo che:
+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 anche
+altre due \textit{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, essendo strettamente correlate fra loro.
+
+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 virtuale di un
+processo (ad esempio per un file mappato in memoria) verso una \textit{pipe};
+il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+ \headdecl{sys/uio.h}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-ed il lock viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un read
-lock che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
+ \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}.
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
+ \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}
-Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
-bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
-bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
-opzione:
+La \textit{pipe} indicata da \param{fd} 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
+segmenti della memoria del processo devono essere trasferiti verso di essa si
+dovrà utilizzare un vettore di strutture \struct{iovec} (vedi
+fig.~\ref{fig:file_iovec}), esattamente con gli stessi criteri con cui le si
+usano per l'I/O vettorizzato, indicando gli indirizzi e le dimensioni di
+ciascun segmento di memoria su cui si vuole operare; 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
+\textit{pipe}. In generale, se i dati una volta creati non devono essere
+riutilizzati (se cioè l'applicazione che chiama \func{vmsplice} non
+modificherà più la memoria trasferita), è opportuno utilizzare
+per \param{flag} il valore \const{SPLICE\_F\_GIFT}; questo fa sì che il kernel
+possa rimuovere le relative pagine dalla cache della memoria virtuale, 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}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il primo comando acquisisce subito un read lock, e quindi non cambia nulla, ma
-se proviamo adesso a richiedere un write lock che non potrà essere acquisito
-otterremo:
+ \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.
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
-punto rilasciamo il precedente lock (terminando il primo comando un
-\texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
-lock viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
+ \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}
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{3mm}
-\par\noindent
+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}). Al
+momento\footnote{quello della stesura di questo paragrafo, avvenuta il Gennaio
+ 2010, in futuro potrebbe essere implementato anche \const{SPLICE\_F\_MORE}.}
+il solo valore utilizzabile per \param{flag}, fra quelli elencati in
+tab.~\ref{tab:splice_flag}, è \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK} che rende la
+funzione non bloccante.
+
+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}
-Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
-fra i due tipi di lock; se ripartiamo dal primo comando con cui si è ottenuto
-un lock in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa succede quando
-si cerca di ottenere un lock in scrittura con la semantica BSD:
+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.
+
+% TODO?? dal 2.6.25 splice ha ottenuto il supporto per la ricezione su rete
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-che ci mostra come i due tipi di lock siano assolutamente indipendenti; per
-questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
-disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i lock
-applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
+\subsection{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.
-\subsection{La funzione \func{lockf}}
-\label{sec:file_lockf}
+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}.
+
+\itindbeg{read-ahead}
+
+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}
-Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il file locking sia molto più
-potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
-complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
-motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
-che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
+ \funcdecl{ssize\_t readahead(int fd, off64\_t *offset, size\_t count)}
- Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
+ 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} vengono arrotondati di conseguenza.
+
+La funzione estende quello che è un comportamento normale del kernel che
+quando si legge un file, aspettandosi che l'accesso prosegua, esegue sempre
+una lettura preventiva di una certa quantità di dati; questo meccanismo di
+lettura anticipata viene chiamato \textit{read-ahead}, da cui deriva il nome
+della funzione. La funzione \func{readahead}, per ottimizzare gli accessi a
+disco, effettua la lettura in cache della sezione richiesta e si blocca
+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 di un programma tutte le volte che si conosce in anticipo quanti
+dati saranno necessari nelle elaborazioni successive. Si potrà così
+concentrare in un unico momento (ad esempio in fase di inizializzazione) la
+lettura dei dati da disco, così da ottenere una migliore velocità di risposta
+nelle operazioni successive.
+
+\itindend{read-ahead}
+
+Il concetto di \func{readahead} viene generalizzato nello standard
+POSIX.1-2001 dalla funzione \func{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 prototipo di \funcd{posix\_fadvise}, che è
+disponibile soltanto se è stata definita la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad
+valore di almeno 600, è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{fcntl.h}
+
+ \funcdecl{int posix\_fadvise(int fd, off\_t offset, off\_t len, int advice)}
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ 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{EWOULDBLOCK}] Non è possibile acquisire il lock, e si è
- selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
- file è mappato in memoria.
- \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
- sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock.
+ \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}
- ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
}
-\end{prototype}
+\end{functions}
-Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
-che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
-tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
+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}, che riprendono il significato
+degli analoghi già visti in sez.~\ref{sec:file_memory_map} per
+\func{madvise}.\footnote{dato che si tratta dello stesso tipo di funzionalità,
+ in questo caso applicata direttamente al sistema ai contenuti di un file
+ invece che alla sua mappatura in memoria.} 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{7cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
- mantenere un lock condiviso sullo stesso file.\\
- \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
- alla volta può mantenere un lock esclusivo su un file.\\
- \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
- \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il lock non è disponibile,
- si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
- con un OR aritmetico dei valori.\\
- \hline
+ \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 possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
- \label{tab:file_lockf_type}
+ \caption{Valori delle costanti usabili per l'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}
-Qualora il lock non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
-\const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
-Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
-delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
-affatto equivalente a \func{flock}).
+Come \func{madvise} anche \func{posix\_fadvise} si appoggia al sistema della
+memoria virtuale ed al meccanismo standard del \textit{read-ahead} utilizzato
+dal kernel; in particolare utilizzando il valore
+\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}
+fino al kernel 2.6.18 erano equivalenti, a partire da questo kernel la prima
+viene non ha più alcun effetto, mentre la seconda dà 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,
+\funcd{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}
-\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
-\label{sec:file_mand_locking}
+La funzione 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 regione 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 successiva scrittura nella regione
+indicata non fallirà per mancanza di spazio disco. La funzione non ha nessun
+effetto né sul contenuto, né sulla posizione corrente del file.
+
+Ci si può chiedere a cosa possa servire una funzione come
+\func{posix\_fallocate} dato che è sempre possibile ottenere l'effetto voluto
+eseguendo esplicitamente sul file la scrittura\footnote{usando \funcd{pwrite}
+ per evitare spostamenti della posizione corrente sul file.} di una serie di
+zeri per l'estensione di spazio necessaria qualora il \itindex{sparse~file}
+file debba essere esteso o abbia dei \index{file!\textit{hole}}
+buchi.\footnote{si ricordi che occorre scrivere per avere l'allocazione e che
+ l'uso di \func{truncate} per estendere un file creerebbe soltanto uno
+ \itindex{sparse~file} \textit{sparse file} (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek})
+ senza una effettiva allocazione dello spazio disco.} In realtà questa è la
+modalità con cui la funzione veniva realizzata nella prima versione fornita
+dalle \acr{glibc}, per cui la funzione costituiva in sostanza soltanto una
+standardizzazione delle modalità di esecuzione di questo tipo di allocazioni.
+
+Questo metodo, anche se funzionante, comporta però l'effettiva esecuzione una
+scrittura su tutto lo spazio disco necessario, da fare al momento della
+richiesta di allocazione, pagandone il conseguente prezzo in termini di
+prestazioni; il tutto quando in realtà servirebbe solo poter riservare lo
+spazio per poi andarci a scrivere, una sola volta, quando il contenuto finale
+diventa effettivamente disponibile.
+
+Per poter fare tutto questo è però necessario il supporto da parte del kernel,
+e questo è divenuto disponibile solo a partire dal kernel 2.6.23 in cui è
+stata introdotta la nuova \textit{system call} \func{fallocate},\footnote{non
+ è detto che la funzione sia disponibile per tutti i filesystem, ad esempio
+ per XFS il supporto è stato introdotto solo a partire dal kernel 2.6.25.}
+che consente di realizzare direttamente all'interno del kernel l'allocazione
+dello spazio disco così da poter realizzare una versione di
+\func{posix\_fallocate} con prestazioni molto più elevate.\footnote{nelle
+ \acr{glibc} la nuova \textit{system call} viene sfruttata per la
+ realizzazione di \func{posix\_fallocate} a partire dalla versione 2.10.}
+
+Trattandosi di una funzione di servizio, ed ovviamente disponibile
+esclusivamente su Linux, inizialmente \funcd{fallocate} non era stata definita
+come funzione di libreria,\footnote{pertanto poteva essere invocata soltanto
+ in maniera indiretta con l'ausilio di \func{syscall}, vedi
+ sez.~\ref{sec:intro_syscall}, come \code{long fallocate(int fd, int mode,
+ loff\_t offset, loff\_t len)}.} ma a partire dalle \acr{glibc} 2.10 è
+ stato fornito un supporto esplicito; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{linux/fcntl.h}
-\itindbeg{mandatory~locking|(}
+ \funcdecl{int fallocate(int fd, int mode, off\_t offset, off\_t len)}
-Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
-per introdurre un file locking che, come dice il nome, fosse effettivo
-indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
-\textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
-direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
-opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
+ Prealloca dello spazio disco per un file.
+
+ \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di errore,
+ nel qual caso \var{errno} può assumere i valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non fa riferimento ad un file descriptor
+ valido aperto in scrittura.
+ \item[\errcode{EFBIG}] la somma di \param{offset} e \param{len} eccede le
+ dimensioni massime di un file.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{offset} è minore di zero o \param{len} è
+ minore o uguale a zero.
+ \item[\errcode{ENODEV}] \param{fd} non fa riferimento ad un file ordinario
+ o a una directory.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è spazio disco sufficiente per l'operazione.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] il filesystem contenente il file associato
+ a \param{fd} non supporta \func{fallocate}.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] il filesystem contenente il file associato
+ a \param{fd} non supporta l'operazione \param{mode}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EINTR}, \errval{EIO}.
+}
+\end{functions}
-Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
-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
- 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}.}
+La funzione prende gli stessi argomenti di \func{posix\_fallocate} con lo
+stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{mode} che indica le
+modalità di allocazione; al momento quest'ultimo può soltanto essere nullo o
+assumere il valore \const{FALLOC\_FL\_KEEP\_SIZE} che richiede che la
+dimensione del file\footnote{quella ottenuta nel campo \var{st\_size} di una
+ struttura \struct{stat} dopo una chiamata a \texttt{fstat}.} non venga
+modificata anche quando la somma di \param{offset} e \param{len} eccede la
+dimensione corrente.
+
+Se \param{mode} è nullo invece la dimensione totale del file in caso di
+estensione dello stesso viene aggiornata, come richiesto per
+\func{posix\_fallocate}, ed invocata in questo modo si può considerare
+\func{fallocate} come l'implementazione ottimale di \func{posix\_fallocate} a
+livello di kernel.
-L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
-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).
+% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
+% http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_23
-Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
-sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
-ha nessun effetto sui lock richiesti con l'interfaccia di \func{flock}, e che
-la granularità del lock è quella del singolo byte, come per \func{fcntl}.
-La sintassi di acquisizione dei lock è esattamente la stessa vista in
-precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
-mandatory lock attivato non è più necessario controllare la disponibilità di
-accesso al file, ma si potranno usare direttamente le ordinarie funzioni di
-lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire direttamente il file
-locking.
-
-Questo significa che in caso di read lock la lettura dal file potrà avvenire
-normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà fino al
-rilascio del lock, a meno di non aver aperto il file con \const{O\_NONBLOCK},
-nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore di \errcode{EAGAIN}.
-
-Se invece si è acquisito un write lock tutti i tentativi di leggere o scrivere
-sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al rilascio del
-lock, a meno che il file non sia stato aperto con \const{O\_NONBLOCK}, nel
-qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato con l'errore di
-\errcode{EAGAIN}.
-Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
-sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
-\func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
-così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
-casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
-degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
-con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
-lock (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
-dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
-L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
-funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
-abbiamo trattato in 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
-lock\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
- impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
- comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
- diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
-implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
- all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
- \file{Documentation/mandatory.txt}.} di seguire questo comportamento
-soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
-qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
-possibilità di modificare il file.
+%\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
+
-\index{file!locking|)}
-\itindend{mandatory~locking|(}
% LocalWords: dell'I locking multiplexing cap dell' sez system call socket BSD
% LocalWords: only ETXTBSY DENYWRITE ENODEV filesystem EPERM EXEC noexec table
% LocalWords: ENFILE lenght segment violation SIGSEGV FIXED msync munmap copy
% LocalWords: DoS Denial Service EXECUTABLE NORESERVE LOCKED swapping stack fs
-% LocalWords: GROWSDOWN ANON GiB POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old
+% LocalWords: GROWSDOWN ANON POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old
% LocalWords: exec atime ctime mtime mprotect addr EACCESS mremap address new
% LocalWords: long MAYMOVE realloc VMA virtual Ingo Molnar remap pages pgoff
% LocalWords: dall' fault cache linker prelink advisory discrectionary lock fl
% LocalWords: Lemon BSDCON edge Libenzi kevent backporting epfd EEXIST ENOENT
% LocalWords: MOD wait EPOLLIN EPOLLOUT EPOLLRDHUP SOCK EPOLLPRI EPOLLERR one
% LocalWords: EPOLLHUP EPOLLET EPOLLONESHOT shot maxevents ctlv ALL DONT HPUX
-% LocalWords: FOLLOW ONESHOT ONLYDIR FreeBSD EIO caching
+% LocalWords: FOLLOW ONESHOT ONLYDIR FreeBSD EIO caching sysctl instances name
+% LocalWords: watches IGNORED ISDIR OVERFLOW overflow UNMOUNT queued cookie ls
+% LocalWords: NUL sizeof casting printevent nread limits sysconf SC wrapper Di
+% LocalWords: splice result argument DMA controller zerocopy Linus Larry Voy
+% LocalWords: Jens Anxboe vmsplice seek ESPIPE GIFT TCP CORK MSG splicecp nr
+% LocalWords: nwrite segs patch readahead posix fadvise TC advice FADV NORMAL
+% LocalWords: SEQUENTIAL NOREUSE WILLNEED DONTNEED streaming fallocate EFBIG
+% LocalWords: POLLRDHUP half close pwait Gb madvise MADV ahead REMOVE tmpfs
+% LocalWords: DONTFORK DOFORK shmfs preadv pwritev syscall linux loff head XFS
+% LocalWords: MERGEABLE EOVERFLOW prealloca hole FALLOC KEEP stat fstat
%%% Local Variables:
projects / gapil.git / blobdiff