-\chapter{I/O avanzato}
-\label{sec:file_advanced}
+\chapter{La gestione avanzata dei file}
+\label{cha:file_advanced}
+In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
+dei file, che non sono state trattate in \capref{cha:file_unix_interface},
+dove ci si è limitati ad una panoramica delle funzioni base. In particolare
+tratteremo delle funzioni di input/output avanzato e del \textit{file
+ locking}.
+\section{Le funzioni di I/O avanzato}
+\label{sec:file_advanced_io}
-\section{I/O non bloccante}
+In questa sezione esamineremo le funzioni che permettono una gestione più
+sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle che permettono di gestire
+l'accesso contemporaneo a più file, per concludere con la gestione dell'I/O
+mappato in memoria.
+
+
+\subsection{La modalità di I/O \textsl{non-bloccante}}
\label{sec:file_noblocking}
+Abbiamo visto in \secref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
+\textit{fast} e \textit{slow} system call, che in certi casi le funzioni di
+I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si ricordi però che questo può
+ accadere solo per le pipe, i socket ed alcuni file di dispositivo; sui file
+ normali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad
+esempio le operazioni di lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati
+disponibili sul descrittore su cui si sta operando.
+Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
+affrontare nelle operazioni di I/O, che è quello che si verifica quando si
+devono eseguire operazioni che possono bloccarsi su più file descriptor:
+mentre si è bloccati su uno di essi su di un'altro potrebbero essere presenti
+dei dati; così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura ritardata
+inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un deadlock.
-\section{File locking}
-\label{sec:file_locking}
+Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile prevenire
+questo tipo di comportamento aprendo un file in modalità
+\textsl{non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \macro{O\_NONBLOCK} nella
+chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output che
+altrimenti si sarebbero bloccate ritornano immediatamente, restituendo
+l'errore \macro{EAGAIN}.
+L'utilizzo di questa modalità di I/O permette di risolvere il problema
+controllando a turno i vari file descriptor, in un ciclo in cui si ripete
+l'accesso fintanto che esso non viene garantito. Ovviamente questa tecnica,
+detta \textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
+impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle system call che
+nella gran parte dei casi falliranno. Per evitare questo, come vedremo in
+\secref{sec:file_multiplexing}, è stata introdotta una nuova interfaccia di
+programmazione, che comporta comunque l'uso della modalità di I/O non
+bloccante.
-\section{I/O multiplexato}
+
+\subsection{L'I/O multiplexing}
\label{sec:file_multiplexing}
+Per superare il problema di dover usare il \textit{polling} per controllare la
+possibilità di effettuare operazioni su un file aperto in modalità non
+bloccante, sia BSD che System V hanno introdotto delle nuove funzioni in grado
+di sospendere l'esecuzione di un processo in attesa che l'accesso diventi
+possibile. Il primo ad introdurre questa modalità di operazione, chiamata
+usualmente \textit{I/O multiplexing}, è stato BSD,\footnote{la funzione è
+ apparsa in BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i
+ sistemi che supportano i \textit{socket}, compreso le varianti di System V.}
+con la funzione \func{select}, il cui prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/time.h}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \funcdecl{int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
+ *exceptfds, struct timeval *timeout)}
+
+ Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
+ attivo.
+
+ \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
+ descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
+ caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{ENOMEM}.
+}
+\end{functions}
+
+La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
+\tabref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
+degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
+\param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
+\param{timeout}.
+
+Per specificare quali file descriptor si intende \textsl{selezionare}, la
+funzione usa un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set},
+identificato dal tipo \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di
+file descriptor, (in maniera analoga a come un \textit{signal set}, vedi
+\secref{sec:sig_sigset}, identifica un insieme di segnali). Per la
+manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
+opportune macro di preprocessore:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/time.h}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \funcdecl{FD\_ZERO(fd\_set *set)}
+ Inizializza l'insieme (vuoto).
+
+ \funcdecl{FD\_SET(int fd, fd\_set *set)}
+ Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
+
+ \funcdecl{FD\_CLR(int fd, fd\_set *set)}
+ Rimuove il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
+
+ \funcdecl{FD\_ISSET(int fd, fd\_set *set)}
+ Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
+\end{functions}
+
+In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
+\macro{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
+al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
+ fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma
+quando, come nelle versioni più recenti del kernel, non c'è più un limite
+massimo, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
+ descriptor set}.
+
+La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
+il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
+effettuare una lettura, il secondo, \param{writefds}, per verificare la
+possibilità effettuare una scrittura ed il terzo, \param{exceptfds}, per
+verificare l'esistenza di condizioni eccezionali (come i messaggi urgenti su
+un \textit{socket}\index{socket}, vedi \secref{sec:xxx_urgent}).
+
+La funzione inoltre richiede anche di specificare, tramite l'argomento
+\param{n}, un valore massimo del numero dei file descriptor usati
+nell'insieme; si può usare il già citato \macro{FD\_SETSIZE}, oppure il numero
+più alto dei file descriptor usati nei tre insiemi, aumentato di uno.
+
+Infine l'argomento \param{timeout}, specifica un tempo massimo di
+attesa\footnote{il tempo è valutato come \textit{elapsed time}.} prima che la
+funzione ritorni; se impostato a \macro{NULL} la funzione attende
+indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una \var{struct
+ timeval} con i campi impostati a zero), qualora si voglia semplicemente
+controllare lo stato corrente dei file descriptor.
+
+La funzione restituisce il totale dei file descriptor pronti nei tre insiemi,
+il valore zero indica sempre che si è raggiunto un timeout. Ciascuno dei tre
+insiemi viene sovrascritto per indicare quale file descriptor è pronto per le
+operazioni ad esso relative, in modo da poterlo controllare con la macro
+\macro{FD\_ISSET}. In caso di errore la funzione restituisce -1 e gli insiemi
+non vengono toccati.
+
+In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
+impostandolo al tempo restante; questo è utile quando la funzione viene
+interrotta da un segnale, in tal caso infatti si ha un errore di
+\macro{EINTR}, ed occorre rilanciare la funzione; in questo modo non è
+necessario ricalcolare tutte le volte il tempo rimanente.\footnote{questo può
+ causare problemi di portabilità sia quando si trasporta codice scritto su
+ Linux che legge questo valore, sia quando si usano programmi scritti per
+ altri sistemi che non dispongono di questa caratteristica e ricalcolano
+ \param{timeout} tutte le volte. In genere la caratteristica è disponibile
+ nei sistemi che derivano da System V e non disponibile per quelli che
+ derivano da BSD.}
+
+Come accennato l'interfaccia di \func{select} è una estensione di BSD; anche
+System V ha introdotto una sua interfaccia per gestire l'\textit{I/O
+ multiplexing}, basata sulla funzione \func{poll},\footnote{la funzione è
+ prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
+ call a partire dal kernel 2.1.23 e dalle \acr{libc} 5.4.28.} il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/poll.h}
+ {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
+
+La funzione attente un cambiamento di stato per uno dei file descriptor
+specificati da \param{ufds}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività in
+ caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout; in caso di errore viene
+ restituito -1 ed \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EFAULT} e \macro{ENOMEM}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione tiene sotto controllo un numero \param{ndfs} di file descriptor
+specificati attraverso un vettore di puntatori a strutture di tipo
+\type{pollfd}, la cui definizione è riportata in \figref{fig:file_pollfd}.
+Come \func{select} anche \func{poll} permette di interrompere l'attesa dopo un
+certo tempo, che va specificato attraverso \param{timeout} in numero di
+millisecondi (un valore negativo indica un'attesa indefinita).
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct pollfd {
+ int fd; /* file descriptor */
+ short events; /* requested events */
+ short revents; /* returned events */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{pollfd}, utilizzata per specificare le modalità
+ di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
+ \label{fig:file_pollfd}
+\end{figure}
+
+Per ciascun file da controllare deve essere opportunamente predisposta una
+struttura \type{pollfd}; nel campo \var{fd} deve essere specificato il file
+descriptor, mentre nel campo \var{events} il tipo di evento su cui si vuole
+attendere; quest'ultimo deve essere specificato come maschera binaria dei
+primi tre valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags} (gli altri
+vengono utilizzati solo per \var{revents} come valori in uscita).
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|l|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{POLLIN} & 0x001 & È possibile la lettura immediata.\\
+ \macro{POLLPRI} & 0x002 & Sono presenti dati urgenti.\\
+ \macro{POLLOUT} & 0x004 & È possibile la scrittura immediata.\\
+ \hline
+ \macro{POLLERR} & 0x008 & C'è una condizione di errore.\\
+ \macro{POLLHUP} & 0x010 & Si è verificato un hung-up.\\
+ \macro{POLLNVAL} & 0x020 & Il file descriptor non è aperto.\\
+ \hline
+ \macro{POLLRDNORM}& 0x040 & Sono disponibili in lettura dati normali.\\
+ \macro{POLLRDBAND}& 0x080 & Sono disponibili in lettura dati ad alta
+ priorità. \\
+ \macro{POLLWRNORM}& 0x100 & È possibile la scrittura di dati normali. \\
+ \macro{POLLWRBAND}& 0x200 & È possibile la scrittura di dati ad
+ alta priorità. \\
+ \macro{POLLMSG} & 0x400 & Estensione propria di Linux.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
+ \var{events} e \var{revents} di \type{pollfd}.}
+ \label{tab:file_pollfd_flags}
+\end{table}
+
+La funzione ritorna, restituendo il numero di file per i quali si è verificata
+una delle condizioni di attesa richieste od un errore. Lo stato dei file
+all'uscita della funzione viene restituito nel campo \var{revents} della
+relativa struttura \type{pollfd}, che viene impostato alla maschera binaria
+dei valori riportati in \tabref{tab:file_pollfd_flags}, ed oltre alle tre
+condizioni specificate tramite \var{events} può riportare anche l'occorrere di
+una condizione di errore.
+
+Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
+ multiplexing}, che è stata introdotto con le ultime revisioni dello standard
+(POSIX 1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). Esso prevede che tutte le funzioni
+ad esso relative vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che
+sostituisce i precedenti, ed aggiunge a \func{select} una nuova funzione
+\func{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
+ l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
+ 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
+ \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
+ senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
+ \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
+ \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
+ maggiore di 600.} il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/select.h}
+ {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
+ struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
+
+ Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
+ attivo.
+
+ \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
+ descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
+ caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{ENOMEM}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
+struttura \type{timespec} per indicare con maggiore precisione il timeout e
+non ne aggiorna il valore in caso di interruzione, inoltre prende un argomento
+aggiuntivo \param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si
+veda \secref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da
+questa immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno
+della funzione.
+
+L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
+race condition\footnote{in Linux però, non esistendo una system call apposita,
+ la funzione è implementata nelle \acr{glibc} usando \func{select}, e la
+ possibilità di una race condition resta.} quando si deve eseguire un test su
+una variabile assegnata da un manipolatore sulla base dell'occorrenza di un
+segnale per decidere se lanciare \func{select}. Fra il test e l'esecuzione è
+presente una finestra in cui potrebbe arrivare il segnale che non sarebbe
+rilevato; la race condition diventa superabile disabilitando il segnale prima
+del test e riabilitandolo poi grazie all'uso di \param{sigmask}.
+
+
+
+\subsection{L'\textsl{I/O asincrono}}
+\label{sec:file_asyncronous_io}
+
+Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} è quella di
+fare ricorso al cosiddetto \textsl{I/O asincrono}. Il concetto base
+dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni di I/O non attendono il
+completamento delle operazioni prima di ritornare, così che il processo non
+viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio possibile effettuare una
+richiesta preventiva di dati, in modo da poter effettuare in contemporanea le
+operazioni di calcolo e quelle di I/O.
+
+Abbiamo accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile, attraverso l'uso
+del flag \macro{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \macro{O\_ASYNC} e dei
+ comandi \macro{F\_SETOWN} e \macro{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è specifico
+ 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 \macro{F\_SETFL} (vedi
+\secref{sec:file_fcntl}).
+
+In realtà in questo caso non si tratta di I/O asincrono vero e proprio, quanto
+di un meccanismo asincrono di notifica delle variazione dello stato del file
+descriptor; quello che succede è che il sistema genera un segnale (normalmente
+\macro{SIGIO}, ma è possibile usarne altri) tutte le volte che diventa
+possibile leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in questa
+modalità. Si può inoltre selezionare, con il comando \macro{F\_SETOWN} di
+\func{fcntl}, quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale.
+
+In questo modo si può evitare l'uso delle funzioni \func{poll} o \func{select}
+che, quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non
+hanno buone prestazioni. In tal caso infatti la maggior parte del loro tempo
+di esecuzione è impegnato ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor
+tenuti sotto controllo per determinare quali di essi (in genere una piccola
+percentuale) sono diventati attivi.
+
+Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
+presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando sono
+più di uno, qual'è il file descriptor responsabile dell'emissione del segnale.
+Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali che permettono di
+superare il problema facendo ricorso alle informazioni aggiuntive restituite
+attraverso la struttura \type{siginfo\_t}, utilizzando la forma estesa
+\var{sa\_sigaction} del manipolatore (si riveda quanto illustrato in
+\secref{sec:sig_sigaction}).
+
+Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
+(vedi \secref{sec:sig_real_time}) imopstando esplicitamente con il comando
+\macro{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
+I/O asincrono (il segnale predefinito è \macro{SIGIO}). In questo caso il
+manipolatore tutte le volte che riceverà \macro{SI\_SIGIO} come valore del
+campo \var{si\_code}\footnote{il valore resta \macro{SI\_SIGIO} qualunque sia
+ il segnale che si è associato all'I/O asincrono, ed indica appunto che il
+ segnale è stato generato a causa di attività nell'I/O asincrono.} di
+\type{siginfo\_t}, troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file
+descriptor che ha generato il segnale.
+
+Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo dotati di
+una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo file descriptor;
+inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella risposta a seconda del
+segnale usato. In questo modo si può identificare immediatamente un file su
+cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di funzioni
+come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura la coda;
+si eccedono le dimensioni di quest'ultima; in tal caso infatti il kernel, non
+potendo più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time,
+invierà al suo posto un \var{SIGIO}, su cui si accumuleranno tutti i segnali
+in eccesso, e si dovrà determinare al solito modo quali sono i file diventati
+attivi.
+
+Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
+varie occasioni (in particolar modo con i socket e gli altri file per i quali
+le funzioni di I/O sono system call lente), essa è comunque limitata alla
+notifica della disponibilità del file descriptor per le operazioni di I/O, e
+non ad uno svolgimento asincrono delle medesime. Lo standard POSIX.1b
+definisce anche una interfaccia apposita per l'I/O asincrono, che prevede un
+insieme di funzioni dedicate, completamente separate rispetto a quelle usate
+normalmente.
+
+In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
+implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
+di thread. Al momento\footnote{fino ai kernel della serie 2.4.x, nella serie
+ 2.5.x è però iniziato un lavoro completo di riscrittura di tutto il sistema
+ di I/O, che prevede anche l'introduzione di un nuovo layer per l'I/O
+ asincrono (effettuato a partire dal 2.5.32).} esiste una sola versione
+stabile di questa interfaccia, quella delle \acr{glibc}, che è realizzata
+completamente in user space. Esistono comunque vari progetti sperimentali
+(come il KAIO della SGI, o i patch di Benjamin La Haise) che prevedono un
+supporto diretto da parte del kernel.
+
+Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
+attraverso l'uso di una apposita struttura \type{aiocb} (il cui nome sta per
+\textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come argomento a
+tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come effettuata in
+\file{aio.h}, è riportata in \figref{fig:file_aiocb}. Nello steso file è
+definita la macro \macro{\_POSIX\_ASYNCHRONOUS\_IO}, che dichiara la
+disponibilità dell'interfaccia per l'I/O asincrono.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct aiocb
+{
+ int aio_fildes; /* File descriptor. */
+ off_t aio_offset; /* File offset */
+ int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed. */
+ int aio_reqprio; /* Request priority offset. */
+ volatile void *aio_buf; /* Location of buffer. */
+ size_t aio_nbytes; /* Length of transfer. */
+ struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value. */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{aiocb}, usata per il controllo dell'I/O
+ asincrono.}
+ \label{fig:file_aiocb}
+\end{figure}
+
+Le operazioni di I/O asincrono possono essere effettuate solo su un file già
+aperto; il file deve inoltre supportare la funzione \func{lseek},
+pertanto terminali e pipe sono esclusi. Non c'è limite al numero di operazioni
+contemporanee effettuabili su un singolo file.
+
+Ogni operazione deve inizializzare opportunamente un \textit{control block}.
+Il file descriptor su cui operare deve essere specificato tramite il campo
+\var{aio\_fildes}; dato che più operazioni possono essere eseguita in maniera
+asincrona, il concetto di posizione corrente sul file viene a mancare;
+pertanto si deve sempre specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione
+sul file da cui i dati saranno letti o scritti. Nel campo \var{aio\_buf} deve
+essere specificato l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in
+\var{aio\_nbytes} la lunghezza del blocco di dati da trasferire.
+
+Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
+di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
+ piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
+ le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
+ \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
+partire da quella del processo chiamante (vedi \secref{sec:proc_priority}),
+cui viene sottratto il valore di questo campo.
+
+Il campo \var{aio\_lio\_opcode} è usato soltanto dalla funzione
+\func{lio\_listio}, che, come vedremo più avanti, permette di eseguire con una
+sola chiamata una serie di operazioni, usando un vettore di \textit{control
+ block}. Tramite questo campo si specifica quale è la natura di ciascuna di
+esse.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct sigevent
+{
+ sigval_t sigev_value;
+ int sigev_signo;
+ int sigev_notify;
+ sigev_notify_function;
+ sigev_notify_attributes;
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{sigevent}, usata per specificare le modalità di
+ notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
+ \label{fig:file_sigevent}
+\end{figure}
+
+Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \type{sigevent}
+che serve a specificare il modo in cui si vuole che venga effettuata la
+notifica del completamento delle operazioni richieste. La struttura è
+riportata in \secref{fig:file_sigevent}; il campo \var{sigev\_notify} è quello
+che indica le modalità della notifica, esso può assumere i tre valori:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
+\item[\macro{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
+\item[\macro{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
+ chiamante il segnale specificato nel campo \var{sigev\_signo}, se il
+ manipolatore è installato con \macro{SA\_SIGINFO}, il gli verrà restituito
+ il valore di \var{sigev\_value} in come valore del campo \var{si\_value} per
+ \type{siginfo\_t}.
+\item[\macro{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
+ thread che esegue la funzione specificata da \var{sigev\_notify\_function},
+ con gli attributi specificati da \var{sigev\_notify\_attribute}.
+\end{basedescript}
+
+Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
+\func{aio\_read} ed \func{aio\_write}. Esse permettono di richiedere una
+lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \type{aiocb}
+appena descritta; i rispettivi prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{aio.h}
+
+ \funcdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
+ Richiede una lettura asincrona secondo quanto specificato con \param{aiocbp}.
+
+ \funcdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
+ Richiede una scrittura asincrona secondo quanto specificato con
+ \param{aiocbp}.
+
+ \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
+ \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un valore non valido per i campi
+ \var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
+ \item[\macro{EAGAIN}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \end{errlist}
+}
+\end{functions}
+
+Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
+richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \macro{EBADF} ed
+\macro{EINVAL} siano rilevati immediatamente al momento della chiamata,
+potrebbero anche emergere nelle fasi successive delle operazioni. Lettura e
+scrittura avvengono alla posizione indicata da \var{aio\_offset}, a meno che
+il file non sia stato aperto in \textit{append mode} (vedi
+\secref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
+comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
+
+Si tenga inoltre presente che deallocare la memoria indirizzata da
+\param{aiocbp} o modificarne i valori prima della conclusione di una
+operazione può dar luogo a risultati impredicibili, perché l'accesso ai vari
+campi per eseguire l'operazione può avvenire in un momento qualsiasi dopo la
+richiesta. Questo comporta che occorre evitare di usare per \param{aiocbp}
+variabili automatiche e che non si deve riutilizzare la stessa struttura per
+un ulteriore operazione fintanto che la precedente non sia stata ultimata. In
+generale per ogni operazione di I/O asincrono si deve utilizzare una diversa
+struttura \type{aiocb}.
+
+Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
+\func{aio\_write} non implica che le operazioni siano state effettivamente
+eseguite in maniera corretta; per verificarne l'esito l'interfaccia prevede
+altre due funzioni, che permettono di controllare lo stato di esecuzione. La
+prima è \func{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
+errore; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+ {int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}
+
+ Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
+ \param{aiocbp}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
+ successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
+ fallimento.}
+\end{prototype}
+
+Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
+\macro{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
+conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
+verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
+codice può essere sia \macro{EINVAL} ed \macro{EBADF}, dovuti ad un valore
+errato per \param{aiocbp}, che uno degli errori possibili durante l'esecuzione
+dell'operazione di I/O richiesta, nel qual caso saranno restituiti, a seconda
+del caso, i codici di errore delle system call \func{read}, \func{write} e
+\func{fsync}.
+
+Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
+che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito \macro{EINPROGRESS},
+si potrà usare la seconda funzione dell'interfaccia, \func{aio\_return}, che
+permette di verificare il completamento delle operazioni di I/O asincrono; il
+suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)}
+
+Recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O associate a
+\param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce lo stato di uscita dell'operazione
+ eseguita.}
+\end{prototype}
+
+La funzione deve essere chiamata una sola volte per ciascuna operazione
+asincrona, essa infatti fa sì che il sistema rilasci le risorse ad essa
+associate. É per questo motivo che occorre chiamare la funzione solo dopo che
+l'operazione cui \param{aiocbp} fa riferimento si è completata. Una chiamata
+precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati.
+
+La funzione restituisce il valore di ritorno relativo all'operazione eseguita,
+così come ricavato dalla sottostante system call (il numero di byte letti,
+scritti o il valore di ritorno di \func{fsync}). É importante chiamare sempre
+questa funzione, altrimenti le risorse disponibili per le operazioni di I/O
+asincrono non verrebbero liberate, rischiando di arrivare ad un loro
+esaurimento.
+
+Oltre alle operazioni di lettura e scrittura l'interfaccia POSIX.1b mette a
+disposizione un'altra operazione, quella di sincronizzazione dell'I/O, essa è
+compiuta dalla funzione \func{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
+analoga \func{fsync}, ma viene eseguita in maniera asincrona; il suo prototipo
+è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{ssize\_t aio\_return(int op, struct aiocb *aiocbp)}
+
+Richiede la sincronizzazione dei dati per il file indicato da \param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore, che può essere, con le stesse modalità di \func{aio\_read},
+ \macro{EAGAIN}, \macro{EBADF} o \macro{EINVAL}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione richiede la sincronizzazione delle operazioni di I/O, ritornando
+immediatamente. L'esecuzione effettiva della sincronizzazione dovrà essere
+verificata con \func{aio\_error} e \func{aio\_return} come per le operazioni
+di lettura e scrittura. L'argomento \param{op} permette di indicare la
+modalità di esecuzione, se si specifica il valore \macro{O\_DSYNC} le
+operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
+specifica \macro{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
+\secref{sec:file_sync}).
+
+Il successo della chiamata assicura la sincronizzazione delle operazioni fino
+allora richieste, niente è garantito riguardo la sincronizzazione dei dati
+relativi ad eventuali operazioni richieste successivamente. Se si è
+specificato un meccanismo di notifica questo sarà innescato una volta che le
+operazioni di sincronizzazione dei dati saranno completate.
+
+In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
+quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo lo
+standard POSIX.1b prevede una funzioni apposita, \func{aio\_cancel}, che
+permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)}
+
+Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
+da \param{aiocbp}.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
+ di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
+ un valore non valido di \param{fildes}, imposta \var{errno} al valore
+ \macro{EBADF}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
+\param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \macro{NULL} come
+valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione viene cancellata una
+successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà \macro{ECANCELED} come
+codice di errore, ed il suo codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo
+di notifica non verrà invocato. Se si specifica una operazione relativa ad un
+altro file descriptor il risultato è indeterminato.
+
+In caso di successo, i possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} sono
+tre (anch'essi definiti in \file{aio.h}):
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
+\item[\macro{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
+ cancellazione sono state già completate,
+
+\item[\macro{AIO\_CANCELED}] indica che tutte le operazioni richieste sono
+ state cancellate,
+
+\item[\macro{AIO\_NOTCANCELED}] indica che alcune delle operazioni erano in
+ corso e non sono state cancellate.
+\end{basedescript}
+
+Nel caso si abbia \macro{AIO\_NOTCANCELED} occorrerà chiamare
+\func{aio\_error} per determinare quali sono le operazioni effettivamente
+cancellate. Le operazioni che non sono state cancellate proseguiranno il loro
+corso normale, compreso quanto richiesto riguardo al meccanismo di notifica
+del loro avvenuto completamento.
-%\section{I/O asincrono}
-%\label{sec:file_asynchronous}
+Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, l'interfaccia
+fornisce anche una apposita funzione, \func{aio\_suspend}, che permette di
+sospendere l'esecuzione del processo chiamante fino al completamento di una
+specifica operazione; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+{int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, const struct
+ timespec *timeout)}
+
+ Attende, per un massimo di \param{timeout}, il completamento di una delle
+ operazioni specificate da \param{list}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 se una (o più) operazioni sono state
+ completate, e -1 in caso di errore nel qual caso \var{errno} viene
+ impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
+ \param{timeout}.
+ \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
-%Non supportato in Linux, in BSD e SRv4 c'è, ma usando il segnale \macro{SIGIO}
-%per indicare che i dati sono disponibili, può essere usato in maniera semplice
-%con un solo file per processo (altrimenti non sarebbe più possibile
-%distinguere da quale file proviene l'attività che ha causato l'emissione del
-%segnale).
+La funzione permette di bloccare il processo fintanto che almeno una delle
+\param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è completata, per
+un tempo massimo specificato da \param{timout}, o fintanto che non arrivi un
+segnale.\footnote{si tenga conto che questo segnale può anche essere quello
+ utilizzato come meccanismo di notifica.} La lista deve essere inizializzata
+con delle strutture \var{aiocb} relative ad operazioni effettivamente
+richieste, ma può contenere puntatori nulli, che saranno ignorati. In caso si
+siano specificati valori non validi l'effetto è indefinito. Un valore
+\macro{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout.
+Lo standard POSIX.1b infine ha previsto pure una funzione, \func{lio\_listio},
+che permette di effettuare la richiesta di una intera lista di operazioni di
+lettura o scrittura; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{aio.h}
+ {int lio\_listio(int mode, struct aiocb * const list[], int nent, struct
+ sigevent *sig)}
+
+ Richiede l'esecuzione delle operazioni di I/O elencata da \param{list},
+ secondo la modalità \param{mode}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
+ \param{timeout}.
+ \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{prototype}
-\section{File mappati in memoria}
+La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate dalla
+lista \param{list}; questa deve contenere gli indirizzi di altrettanti
+\textit{control block}, opportunamente inizializzati; in particolare nel caso
+dovrà essere specificato il tipo di operazione tramite il campo
+\var{aio\_lio\_opcode}, che può prendere i tre valori:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
+\item[\macro{LIO\_READ}] si richiede una operazione di lettura.
+\item[\macro{LIO\_WRITE}] si richiede una operazione di scrittura.
+\item[\macro{LIO\_NOP}] non si effettua nessuna operazione.
+\end{basedescript}
+l'ultimo valore viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
+dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si è
+dovuto cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per quelle
+non completate.
+
+L'argomento \param{mode} permette di stabilire il comportamento della
+funzione, se viene specificato il valore \macro{LIO\_WAIT} la funzione si
+blocca fino al completamento di tutte le operazioni richieste; se invece si
+specifica \macro{LIO\_NOWAIT} la funzione ritorna immediatamente dopo aver
+messo in coda tutte le richieste. In questo caso il chiamante può richiedere
+la notifica del completamento di tutte le richieste, impostando l'argomento
+\param{sig} in maniera analoga a come si fa per il campo \var{aio\_sigevent}
+di \type{aiocb}.
+
+
+
+\subsection{I/O vettorizzato}
+\label{sec:file_multiple_io}
+
+Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover 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, \func{readv} e \func{writev}, che permettono di
+effettuare con una sola chiamata una lettura o una scrittura su una serie di
+buffer (quello che viene chiamato \textsl{I/O vettorizzato}. I relativi
+prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/uio.h}
+
+ \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)} Esegue
+ una lettura vettorizzata da \param{fd} nei \param{count} buffer specificati
+ da \param{vector}.
+
+ \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)} Esegue
+ una scrittura vettorizzata da \param{fd} nei \param{count} buffer
+ specificati da \param{vector}.
+
+ \bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte letti o scritti in
+ caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene
+ impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
+ \item[\macro{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
+ argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \macro{MAX\_IOVEC}).
+ \item[\macro{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
+ di avere eseguito una qualunque lettura o scrittura.
+ \item[\macro{EAGAIN}] \param{fd} è stato aperto in modalità non bloccante e
+ non ci sono dati in lettura.
+ \item[\macro{EOPNOTSUPP}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EISDIR}, \macro{ENOMEM}, \macro{EFAULT} (se non sono stato
+ allocati correttamente i buffer specificati nei campi \func{iov\_base}), più
+ tutti gli ulteriori errori che potrebbero avere le usuali funzioni di
+ lettura e scrittura eseguite su \param{fd}.}
+\end{functions}
+
+Entrambe le funzioni usano una struttura \type{iovec}, definita in
+\figref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono essere letti o
+scritti. Il primo campo, \var{iov\_base}, contiene l'indirizzo del buffer ed
+il secondo, \var{iov\_len}, la dimensione dello stesso.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm]{}
+struct iovec {
+ __ptr_t iov_base; /* Starting address */
+ size_t iov_len; /* Length in bytes */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \type{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
+ vettorizzato.}
+ \label{fig:file_iovec}
+\end{figure}
+
+I buffer da utilizzare sono indicati attraverso l'argomento \param{vector} che
+è un vettore di strutture \var{iovec}, la cui lunghezza è specificata da
+\param{count}. Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata per
+opportunamente per indicare i vari buffer da/verso i quali verrà eseguito il
+trasferimento dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li
+si sono specificati nel vattore \var{vector}.
+
+
+\subsection{File mappati in memoria}
\label{sec:file_memory_map}
+Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
+rispetto a quella classica vista in \capref{cha:file_unix_interface}, è il
+cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
+\textsl{paginazione}\index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
+\secref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
+file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo. Il meccanismo è
+illustrato in \figref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del file viene
+riportata direttamente nello spazio degli indirizzi del programma. Tutte le
+operazioni su questa zona verranno riportate indietro sul file dal meccanismo
+della memoria virtuale che trasferirà il contenuto di quel segmento sul file
+invece che nella swap, per cui si può parlare tanto di file mappato in
+memoria, quanto di memoria mappata su file.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=9.5cm]{img/mmap_layout}
+ \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
+ mappatuara in memoria di un file.}
+ \label{fig:file_mmap_layout}
+\end{figure}
+
+Tutto questo comporta una notevole semplificazione delle operazioni di I/O, in
+quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer intermedi su cui
+appoggiare i dati da traferire, ma questi potranno essere acceduti
+direttamente nella sezione di memoria mappata; inoltre questa interfaccia è
+più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette di caricare in
+memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad un dato
+istante.
+
+Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la memoria
+virtuale, la sezione di memoria mappata su cui si opera sarà a sua volta letta
+o scritta sul file una pagina alla volta e solo per le parti effettivamente
+usate, il tutto in maniera completamente trasparente al processo; l'accesso
+alle pagine non ancora caricate avverrà allo stesso modo con cui vengono
+caricate in memoria le pagine che sono state salvate sullo swap.
+
+Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un
+file vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi
+vengono scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni
+il cui solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
+memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
+
+L'interfaccia prevede varie funzioni per la gestione del \textit{memory mapped
+ I/O}, la prima di queste è \func{mmap}, che serve ad eseguire la mappatura
+in memoria di un file; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
+ fd, off\_t offset)}
+
+ Esegue la mappatura in memoria del file \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
+ in caso di successo, e \macro{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
+ qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
+ \macro{MAP\_ANONYMOUS}.
+ \item[\macro{EACCES}] Il file descriptor non si riferisce ad un file
+ regolare, o si è richiesto \macro{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è
+ aperto in lettura, o si è richiesto \macro{MAP\_SHARED} e impostato
+ \macro{PROT\_WRITE} ed \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o
+ si è impostato \macro{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in
+ \textit{append-only}.
+ \item[\macro{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[\macro{ETXTBSY}] Si è impostato \macro{MAP\_DENYWRITE} ma \param{fd}
+ è aperto in scrittura.
+ \item[\macro{EAGAIN}] Il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria.
+ \item[\macro{ENOMEM}] Non c'è memoria o si è superato il limite sul numero
+ di mappature possibili.
+ \item[\macro{ENODEV}] Il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
+ mapping.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
+partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
+all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
+multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
+
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{PROT\_EXEC} & Le pagine possono essere eseguite.\\
+ \macro{PROT\_READ} & Le pagine possono essere lette.\\
+ \macro{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
+ \macro{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
+ protezione applicate alle pagine del file mappate in memoria.}
+ \label{tab:file_mmap_prot}
+\end{table}
+
+
+Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{in Linux
+ la memoria reale è divisa in pagine: ogni processo vede la sua memoria
+ attraverso uno o più segmenti lineari di memoria virtuale. Per ciascuno di
+ questi segmenti il kernel mantiene nella \textit{page table} la mappatura
+ sulle pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura,
+ esecuzione, scrittura); una loro violazione causa quella che si chiama una
+ \textit{segment violation}, e la relativa emissione del segnale
+ \macro{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria e deve essere
+specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori
+riportati in \tabref{tab:file_mmap_flag}; il valore specificato deve essere
+compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il file.
+
+L'argomento \param{flags} specifica infine qual'è il tipo di oggetto mappato,
+le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
+modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
+mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
+come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
+\tabref{tab:file_mmap_flag}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{MAP\_FIXED} & Non permette di restituire un indirizzo diverso
+ da \param{start}, se questo non può essere usato
+ \func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
+ valore di \param{start} deve essere allineato
+ alle dimensioni di una pagina. \\
+ \macro{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
+ riportati sul file e saranno immediatamente
+ visibili agli altri processi che mappano lo stesso
+ file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
+ aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
+ \func{unmap}), e solo allora le modifiche saranno
+ visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
+ con \macro{MAP\_PRIVATE}. \\
+ \macro{MAP\_PRIVATE} & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
+ riportati sul file. Ne viene fatta una copia
+ privata cui solo il processo chiamante ha
+ accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso
+ il meccanismo del \textit{copy on write} e
+ salvate su swap in caso di necessità. Non è
+ specificato se i cambiamenti sul file originale
+ vengano riportati sulla regione
+ mappata. Incompatibile con \macro{MAP\_SHARED}. \\
+ \macro{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
+ \textit{DoS}\index{DoS} (veniva usato per
+ segnalare che tentativi di scrittura sul file
+ dovevano fallire con \macro{ETXTBUSY}).\\
+ \macro{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato. \\
+ \macro{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \macro{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
+ delle pagine di swap ad uso del meccanismo di
+ \textit{copy on write} per mantenere le
+ modifiche fatte alla regione mappata, in
+ questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
+ memoria disponibile, si ha l'emissione di
+ un \macro{SIGSEGV}. \\
+ \macro{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
+ mappate. \\
+ \macro{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli stack. Indica
+ che la mappatura deve essere effettuata con gli
+ indirizzi crecenti verso il basso.\\
+ \macro{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
+ argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
+ ignorati.\footnotemark\\
+ \macro{MAP\_ANON} & Sinonimo di \macro{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
+ \macro{MAP\_FILE} & Valore di compatibiità, deprecato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
+ \label{tab:file_mmap_flag}
+\end{table}
+
+\footnotetext{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
+ memoria.}
+\footnotetext{L'uso di questo flag con \macro{MAP\_SHARED} è
+ stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
+
+Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
+piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
+tutto quanto è comunque basato sul basato sul meccanismo della memoria
+virtuale. Questo comporta allora una serie di conseguenze. La più ovvia è che
+se si cerca di scrivere su una zona mappata in sola lettura si avrà
+l'emissione di un segnale di violazione di accesso (\macro{SIGSEGV}), dato che
+i permessi sul segmento di memoria relativo non consentono questo tipo di
+accesso.
+
+È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
+regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
+ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
+questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
+paginazione, la mappatura in memoria non può che essere eseguita su un
+segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una pagina, ed in
+generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni effettive del file
+o della sezione che si vuole mappare. Il caso più comune è quello illustrato
+in \figref{fig:file_mmap_boundary}, in cui la sezione di file non rientra nei
+confini di una pagina: in tal caso verrà il file sarà mappato su un segmento
+di memoria che si estende fino al bordo della pagina successiva.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_boundary}
+ \caption{Schema della mappatura in memoria di una sezione di file di
+ dimensioni non corripondenti al bordo di una pagina.}
+ \label{fig:file_mmap_boundary}
+\end{figure}
+
+
+In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
+dimensioni specificate da \param{lenght}, senza ottenere un \macro{SIGSEGV}
+poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
+mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
+valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
+scritto.
+
+Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
+file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
+file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
+quella della mappatura in memoria.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=13cm]{img/mmap_exceed}
+ \caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
+ alla lunghezza richiesta.}
+ \label{fig:file_mmap_exceed}
+\end{figure}
+
+In questa situazione, per la sezione di pagina parzialmente coperta dal
+contenuto del file, vale esattamente quanto visto in precedenza; invece per la
+parte che eccede, fino alle dimensioni date da \param{length}, l'accesso non
+sarà più possibile, ma il segnale emesso non sarà \macro{SIGSEGV}, ma
+\macro{SIGBUS}, come illustrato in \figref{fig:file_mmap_exceed}.
+
+Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
+in \figref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
+biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
+comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
+relativi a pipe, socket e fifo, per i quali non ha senso parlare di
+\textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di dispositivo, che non
+dispongono della relativa operazione \var{mmap} (si ricordi quanto esposto in
+\secref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente però che esistono anche casi di
+dispositivi (un esempio è l'interfaccia al ponte PCI-VME del chip Universe)
+che sono utilizzabili solo con questa interfaccia.
+
+Dato che passando attraverso una \func{fork} lo spazio di indirizzi viene
+copiato integralmente, i file mappati in memoria verranno ereditati in maniera
+trasparente dal processo figlio, mantenendo gli stessi attributi avuti nel
+padre; così se si è usato \macro{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
+stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \macro{MAP\_PRIVATE}
+ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
+invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
+sostituisce tutto lo spazio degli indirizzi di un processo con quello di un
+nuovo programma.
+
+Quando si effettua la mappatura di un file vengono pure modificati i tempi ad
+esso associati (di cui si è trattato in \secref{sec:file_file_times}). Il
+valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
+dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
+una pagina mappata su un file aggiorna questo tempo. I valori di
+\var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
+consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
+\macro{PROT\_WRITE} e \macro{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura
+o in corrispondenza di una eventuale \func{msync}.
+
+Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
+direttamente dalla memoria virtuale, occorre essere consapevoli delle
+interazioni che possono esserci con operazioni effettuate con l'interfaccia
+standard dei file di \capref{cha:file_unix_interface}. Il problema è che una
+volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e scrittura saranno
+eseguite sulla memoria, e riportate su disco in maniera autonoma dal sistema
+della memoria virtuale.
+
+Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
+potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
+virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
+del tutto imprevedibile il risultato della modifica di un file nei confronti
+del contenuto della memoria mappata su cui è mappato.
+
+Per quanto appena visto, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file
+attraverso l'interfaccia standard, quando lo si è mappato in memoria, è invece
+possibile usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria,
+purché si abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in
+memoria mette a disposizione la funzione \func{msync} per sincronizzare il
+contenuto della memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
+
+ Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore nel qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EINVAL}] O \param{start} non è multiplo di \macro{PAGESIZE},
+ o si è specificato un valore non valido per \param{flags}.
+ \item[\macro{EFAULT}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione esegue la sincronizzazione di quanto scritto nella sezione di
+memoria indicata da \param{start} e \param{offset}, scrivendo le modifiche sul
+file (qualora questo non sia già stato fatto). Provvede anche ad aggiornare i
+relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
+di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
+del file aggiornato.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{MS\_ASYNC} & Richiede la sincronizzazione.\\
+ \macro{MS\_SYNC} & Attende che la sincronizzazione si eseguita.\\
+ \macro{MS\_INVALIDATE}& Richiede che le altre mappature dello stesso file
+ siano invalidate.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \label{tab:file_mmap_rsync}
+\end{table}
+
+L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
+dei valori riportati in \tabref{tab:file_mmap_rsync}, di questi però
+\macro{MS\_ASYNC} e \macro{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
+infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
+meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
+attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
+flag fa invalidare le pagine di cui si richiede la sincronizzazione per tutte
+le mappature dello stesso file, così che esse possano essere immediatamente
+aggiornate ai nuovi valori.
+
+Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
+mappatura della memoria usando la funzione \func{munmap}, il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{unistd.h}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
+
+ Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
+ errore nel qual caso \var{errno} viene impostata ai valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EINVAL}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
+ \end{errlist}
+ }
+\end{functions}
+
+La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato attraverso
+\param{start} e \param{length}, ed ogni successivo accesso a tale regione
+causerà un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
+allineato alle dimensioni di una pagina di memoria, e la mappatura di tutte le
+pagine contenute (anche parzialmente) nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
+Indicare un intervallo che non contiene pagine mappate non è un errore.
+
+Alla conclusione del processo, ogni pagina mappata verrà automaticamente
+rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per effettuare la
+mappatura in memoria non ha alcun effetto sulla stessa.
+
+
+\section{Il file locking}
+\label{sec:file_locking}
+
+In \secref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
+sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
+diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
+in \textit{append mode}, quando più processi scrivono contemporaneamente sullo
+stesso file non è possibile determinare la sequenza in cui essi opereranno.
+
+Questo causa la possibilità di race condition\index{race condition}; in
+generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo che
+scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere informazioni
+scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui diversi
+processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output sul
+file.
+
+In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
+evitare le 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 file locking che è stata implementata nei sistemi
+unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory locking}, in
+quanto è il processo, e non il sistema, che si incarica di verificare se
+esiste una condizione di blocco per l'accesso ai file.
+
+
+
+
+\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
+\label{sec:file_mand_locking}
+
+Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
+per introdurre un file locking che come dice il nome, fosse effettivo
+indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
+\textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
+direttamente al sistema, così che anche qualora non si predisponessero le
+opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
+
+Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
+utilizzo particolare del bit \acr{suid}. Se si ricorda quanto esposto in
+\secref{sec:file_suid_sgid}), esso viene di norma utilizzato per cambiare
+l'userid effettivo con cui viene eseguito un programma, ed è pertanto sempre
+associato alla presenza del permesso di esecuzione. 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 combinaizone dei permessi originariamente non
+contemplata, in quanto senza significato, diventa l'indicazione della presenza
+o meno del \textit{mandatory locking}.
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff