di thread. Al momento\footnote{fino ai kernel della serie 2.4.x, nella serie
2.5.x è però iniziato un lavoro completo di riscrittura di tutto il sistema
di I/O, che prevede anche l'introduzione di un nuovo layer per l'I/O
- asincrono.} esiste una sola versione stabile 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.
+ 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
\param{aiocbp}.
\bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
- successo, altrimenti restituisce il codice di errore.}
-% }, che viene salvato
-% anche in \var{errno}, i valori possibili sono:
-% \begin{errlist}
-% \item[\macro{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
-% \item[\macro{EINPROGRESS}] L'operazione è ancora in corso.
-% \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{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
-% \end{errlist}
-% più tutti quelli possibili per le sottostanti operazioni, .}
+ 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
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 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:
+ 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}
\label{fig:file_iovec}
\end{figure}
-I buffer da utilizzare sono specificati attraverso l'argomento \var{vector} che
-è un vettore di tale strutture, la cui lunghezza è specificata da \param{count}.
-Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li si sono specificati.
-
+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}
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
+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.
+\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 dalla sezione di memoria; 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
+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'acceso
+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.
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
- mapping}, la prima di queste è \func{mmap}, che esegue la mappatura in
-memoria un file; il suo prototipo è:
+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
+ \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}.
\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} no supporta il memory
+ \item[\macro{ENODEV}] Il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
mapping.
\end{errlist}
}
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. 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 con cui si è aperto il
-file.
+multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
+
\begin{table}[htb]
\centering
\label{tab:file_mmap_prot}
\end{table}
-L'argomento \param{flags} specifica qual'è il tipo di oggetto mappato, le
-opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
+
+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
\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
+ \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}. \\
\footnotetext{L'uso di questo flag con \macro{MAP\_SHARED} è
stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
-Un file viene sempre mappato su multipli delle dimensioni di una pagina,
-qualora esso sia più corto la parte restante è riempita con zeri; eventuali
-scritture in quella zona di memoria non vengono riportate sul file. Se le
-dimensioni del file cambiano (esso viene esteso o troncato), non è specificato
-quale effetto viene a aversi sulle pagine di memoria che corrispondono alle
-regioni aggiunte o tolte.
-
-Si tenga presente che non tutti i file possono venire mappati in memoria, la
-mappatura infatti introduce una corrispondenza biunivoca fra una sezione di un
-file ed una sezione di memoria, pertanto si può parlare tanto di file mappato
-in memoria, quanto di memoria mappata su file. Questo comporta che ad esempio
-non è possibile mappare in memoria pipe, socket e fifo, per le 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}), ma esistono anche casi
-(un esempio è l'interfaccia ponte PCI-VME del chip Universe) di dispositivi
-che sono utilizzabili praticamente solo con questa interfaccia.
-
-Passando attraverso una \func{fork} i file mappati in memoria vengono
-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.
+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 (si ricordi quanto esposto in \secref{sec:file_file_times}). Il
+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
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{sec:file_unix_interface}. Il problema è che una
+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 leggerà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è del
-tutto indefinito il risultato della modifica nei confronti del contenuto della
-memoria mappata.
+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.
-Se è, per quanto appena visto, sconsigliabile eseguire scritture su file
-attraverso l'interfaccia standard quando lo si è mappato in memoria, è invece
+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
di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
del file aggiornato.
-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.
-
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
\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}
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 non ha alcun effetto sulla
-mappatura della memoria.
+rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per effettuare la
+mappatura in memoria non ha alcun effetto sulla stessa.
\section{Il file locking}
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 utlizzato per cambiare
-l'\textit{effective user ID} 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}.
+\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}.
projects / gapil.git / blobdiff