+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.} 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 settare 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 settata 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 settata 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.}
+% }, 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, .}
+\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 il corrispondente settaggio 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}, setta \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.
+
+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
+ settata 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}
+
+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 settata 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}
+
+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, settando 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 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
+ settata 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 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.
projects / gapil.git / blobdiff