falliranno.
Per superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
- multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consenta di tenere sotto
+ multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consente di tenere sotto
controllo più file descriptor in contemporanea, permettendo di bloccare un
processo quando le operazioni volute non sono possibili, e di riprenderne
-l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia disponibile, in
+l'esecuzione una volta che almeno una di quelle richieste sia effettuabile, in
modo da poterla eseguire con la sicurezza di non restare bloccati.
Dato che, come abbiamo già accennato, per i normali file su disco non si ha
mai un accesso bloccante, l'uso più comune delle funzioni che esamineremo nei
prossimi paragrafi è per i server di rete, in cui esse vengono utilizzate per
tenere sotto controllo dei socket; pertanto ritorneremo su di esse con
-ulteriori dettagli e qualche esempio in sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
+ulteriori dettagli e qualche esempio di utilizzo concreto in
+sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
\subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
\headdecl{sys/time.h}
\headdecl{sys/types.h}
\headdecl{unistd.h}
- \funcdecl{int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
+ \funcdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
*exceptfds, struct timeval *timeout)}
Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
\item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
degli insiemi.
\item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo o
- un valore non valido per \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
+ o un valore non valido per \param{timeout}.
\end{errlist}
ed inoltre \errval{ENOMEM}.
}
Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
\funcdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
- Rimuove il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
+ Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.
\funcdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
1003.1-2001, è definito in \file{sys/select.h}, ed è pari a 1024.} Si tenga
presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere inizializzati
con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non inizializzato può
-dar luogo a comportamenti non prevedibili.
+dar luogo a comportamenti non prevedibili; allo stesso modo usare
+\macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore eccede
+\const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
- bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
+ bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}; inoltre con Linux
+ possono verificarsi casi particolari, ad esempio quando arrivano dati su un
+ socket dalla rete che poi risultano corrotti e vengono scartati, può
+ accadere che \func{select} riporti il relativo file descriptor come
+ leggibile, ma una successiva \func{read} si blocchi.} il secondo,
\param{writefds}, per verificare la possibilità effettuare una scrittura ed il
terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i dati
urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, vedi
Dato che in genere non si tengono mai sotto controllo fino a
\const{FD\_SETSIZE} file contemporaneamente la funzione richiede di
-specificare qual è il numero massimo dei file descriptor indicati nei tre
+specificare qual è il valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
-necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{n}, che
-deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{i file
- descriptor infatti sono contati a partire da zero, ed il valore indica il
- numero di quelli da tenere sotto controllo; dimenticarsi di aumentare di uno
- il valore di \param{n} è un errore comune.} Infine l'argomento
-\param{timeout}, specifica un tempo massimo di attesa prima che la funzione
-ritorni; se impostato a \val{NULL} la funzione attende indefinitamente. Si può
-specificare anche un tempo nullo (cioè una struttura \struct{timeval} con i
-campi impostati a zero), qualora si voglia semplicemente controllare lo stato
-corrente dei file descriptor.
+necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
+deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno.\footnote{si ricordi che
+ i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
+ valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo;
+ dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore
+ comune.} Infine l'argomento \param{timeout} specifica un tempo massimo di
+attesa prima che la funzione ritorni; se impostato a \val{NULL} la funzione
+attende indefinitamente. Si può specificare anche un tempo nullo (cioè una
+struttura \struct{timeval} con i campi impostati a zero), qualora si voglia
+semplicemente controllare lo stato corrente dei file descriptor.
La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
\itindend{file~descriptor~set}
+Una volta ritornata la funzione si potrà controllare quali sono i file
+descriptor pronti ed operare su di essi, si tenga presente però che si tratta
+solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni\footnote{ad esempio
+ quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono scartati perché
+ corrotti.} in cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file
+descriptor è pronto in lettura, quando una successiva lettura si bloccherebbe.
+Per questo quando si usa \textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso
+delle funzioni di lettura e scrittura in modalità non bloccante.
+
In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
impostandolo al tempo restante in caso di interruzione prematura; questo è
utile quando la funzione viene interrotta da un segnale, in tal caso infatti
Uno dei problemi che si presentano con l'uso di \func{select} è che il suo
comportamento dipende dal valore del file descriptor che si vuole tenere sotto
-controllo. Infatti il kernel riceve con \param{n} un valore massimo per tale
-valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto controllo
-dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche essere
-anche molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
+controllo. Infatti il kernel riceve con \param{ndfs} un limite massimo per
+tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
+controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
+essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
\item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
degli insiemi.
\item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo o
- un valore non valido per \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
+ o un valore non valido per \param{timeout}.
\end{errlist}
ed inoltre \errval{ENOMEM}.}
\end{prototype}
La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) per
indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
-caso di interruzione. Inoltre prende un argomento aggiuntivo \param{sigmask}
-che è il puntatore ad una maschera di segnali (si veda
-sez.~\ref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da questa
+caso di interruzione.\footnote{in realtà la system call di Linux aggiorna il
+ valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle \acr{glibc} modifica
+ questo comportamento passando alla system call una variabile locale, in modo
+ da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che richiede che il valore di
+ \param{timeout} non sia modificato.} Inoltre prende un argomento aggiuntivo
+\param{sigmask} che è il puntatore ad una maschera di segnali (si veda
+sez.~\ref{sec:sig_sigmask}). La maschera corrente viene sostituita da questa
immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
funzione.
Per questo è stata introdotta \func{pselect} che attraverso l'argomento
\param{sigmask} permette di riabilitare la ricezione il segnale
contestualmente all'esecuzione della funzione,\footnote{in Linux però, fino al
- kernel 2.6.16, non è presente la relativa system call, e la funzione è
+ kernel 2.6.16, non era presente la relativa system call, e la funzione era
implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man
select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
- \textit{race condition} permane; esiste però una soluzione, chiamata
- \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe trick}, che consiste nell'aprire
- una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare \func{select} sul capo in
- lettura della stessa, e indicare l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo
- in scrittura all'interno del gestore dello stesso; in questo modo anche se
- il segnale va perso prima della chiamata di \func{select} questa lo
- riconoscerà comunque dalla presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non
-appena essa ritorna, così che il precedente codice potrebbe essere riscritto
-nel seguente modo:
+ \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad una
+ soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick} \textit{self-pipe
+ trick}, che consiste nell'aprire una pipe (vedi sez.~\ref{sec:ipc_pipes})
+ ed usare \func{select} sul capo in lettura della stessa; si può indicare
+ l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in scrittura all'interno del
+ gestore dello stesso; in questo modo anche se il segnale va perso prima
+ della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà comunque dalla
+ presenza di dati sulla pipe.} ribloccandolo non appena essa ritorna, così
+che il precedente codice potrebbe essere riscritto nel seguente modo:
\includecodesnip{listati/pselect_norace.c}
in questo caso utilizzando \var{oldmask} durante l'esecuzione di
\func{pselect} la ricezione del segnale sarà abilitata, ed in caso di
interruzione si potranno eseguire le relative operazioni.
-% TODO pselect è stata introdotta nel kernel 2.6.16 (o 15 o 17?) insieme a
-% ppoll mettere e verificare, vedi articolo LWN http://lwn.net/Articles/176750/
-
-\subsection{La funzione \func{poll}}
+\subsection{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
\label{sec:file_poll}
Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
\textsl{non-bloccante}).
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/pollfd.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
- modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
- \label{fig:file_pollfd}
-\end{figure}
-
Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
\struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}. La
struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
\var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/pollfd.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
+ modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
+ \label{fig:file_pollfd}
+\end{figure}
+
Le costanti che definiscono i valori relativi ai bit usati nelle maschere
binarie dei campi \var{events} e \var{revents} sono riportati in
tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
\hline
\const{POLLIN} & È possibile la lettura.\\
\const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\
- \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari. \\
+ \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari.\\
\const{POLLPRI} & È possibile la lettura di \itindex{out-of-band} dati
urgenti.\\
\hline
\const{POLLOUT} & È possibile la scrittura immediata.\\
- \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali. \\
- \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari. \\
+ \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\
+ \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
\hline
\const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
\const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
tramite \var{errno}.
+L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
+precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
+vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
+limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
+\textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
+dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
+dal loro valore.\footnote{anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
+ set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
+ qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto
+ ci si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di
+ memoria.}
+
+Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
+ descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
+che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
+da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
+da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
+\func{poll}.
+
+Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
+variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
+dei segnali nell'attesa su un file descriptor. Con l'introduzione di una
+implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
+anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
+
+In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
+prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
+definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
+se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/poll.h}
+ {int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds, const struct timespec *timeout,
+ const sigset\_t *sigmask)}
+
+ La funzione attende un cambiamento di stato su un insieme di file
+ descriptor.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor con attività
+ in caso di successo, o 0 se c'è stato un timeout e -1 in caso di errore,
+ ed in quest'ultimo caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato in uno
+ degli insiemi.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] Il valore di \param{nfds} eccede il limite
+ \macro{RLIMIT\_NOFILE}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
+\end{prototype}
-% TODO accennare a ppoll
+La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
+specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una maschera di
+segnali; questa sarà la maschera utilizzata per tutto il tempo che la funzione
+resterà in attesa, all'uscita viene ripristinata la maschera originale. L'uso
+di questa funzione è cioè equivalente, come illustrato nella pagina di
+manuale, all'esecuzione atomica del seguente codice:
+\includecodesnip{listati/ppoll_means.c}
+
+Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
+puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
+\func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
+risultati illustrati in precedenza.
+
+
+\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
+\label{sec:file_epoll}
+
+\itindbeg{epoll}
+
+Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
+anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
+un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
+ viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
+ descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
+ \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
+questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
+da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
+numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
+
+Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
+eventi al secondo,\footnote{il caso classico è quello di un server web di un
+ sito con molti accessi.} l'uso di \func{poll} comporta la necessità di
+trasferire avanti ed indietro da user space a kernel space la lunga lista
+delle strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
+aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
+ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
+per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
+diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
+dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
+bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
+
+Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
+specialistiche\footnote{come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue}
+ in BSD.} il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le
+informazioni relative ai file descriptor osservati che presentano una
+attività, evitando così le problematiche appena illustrate. In genere queste
+prevedono che si registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto
+osservazione, e forniscono un meccanismo che notifica quali di questi
+presentano attività.
+
+Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
+(quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
+ triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
+ un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
+ nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
+descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
+avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
+di essi a partire dalla precedente notifica. Per chiarire meglio il concetto
+ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
+in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
+possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
+\textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
+\textsl{pronto}.
+
+La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
+vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
+\textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
+\textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
+diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
+notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
+byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i byte disponibili, e che
+il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
+ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
+
+Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
+servizio è \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da Davide
+ Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44, ma la
+ sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66.} anche se sono in
+discussione altre interfacce con le quali si potranno effettuare lo stesso
+tipo di operazioni;\footnote{al momento della stesura di queste note (Giugno
+ 2007) un'altra interfaccia proposta è quella di \textit{kevent}, che
+ fornisce un sistema di notifica di eventi generico in grado di fornire le
+ stesse funzionalità di \textit{epoll}, esiste però una forte discussione
+ intorno a tutto ciò e niente di definito.} \textit{epoll} è in grado di
+operare sia in modalità \textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
+
+La prima versione \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file di
+dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
+utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
+ dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
+ file.} ma poi si è passati all'uso una apposita \textit{system call}. Il
+primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello di
+chiamare la funzione \funcd{epoll\_create}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_create(int size)}
+
+ Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
+ $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
+ positivo.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
+ nel sistema.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
+ l'istanza.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione restituisce un file descriptor speciale,\footnote{esso non è
+ associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali file
+ descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un socket
+ locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche \textit{epoll
+ descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata dal kernel
+per gestire la notifica degli eventi; l'argomento \param{size} serve a dare
+l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
+controllo, ma costituisce solo un suggerimento per semplificare l'allocazione
+di risorse sufficienti, non un valore massimo.
+
+Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
+indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
+controllare, per questo si deve usare la seconda funzione dell'interfaccia,
+\funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
+
+ Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo o $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
+ validi.
+ \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
+ \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
+ con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
+ l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
+ \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
+ \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
+ l'operazione richiesta.
+ \item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
+\param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
+Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
+sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
+delle operazioni cui fanno riferimento.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
+ \param{fd} alla lista dei file descriptor
+ controllati tramite \param{epfd}, in
+ \param{event} devono essere specificate le
+ modalità di osservazione.\\
+ \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
+ descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
+ \param{event}.\\
+ \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
+ dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
+ operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.}
+ \label{tab:epoll_ctl_operation}
+\end{table}
+
+La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
+\textit{epoll}, \param{epfd}, che deve essere stato ottenuto in precedenza con
+una chiamata a \func{epoll\_create}. L'argomento \param{fd} indica invece il
+file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo può essere
+un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche un altro
+file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
+
+L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
+di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
+\const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
+indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
+sotto controllo. L'argomento viene ignorato con l'operazione
+\const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
+ che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato, a
+ partire dal 2.6.9 si può specificare anche anche un valore \texttt{NULL}.}
+
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/epoll_event.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
+ gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
+ \textit{epoll}.}
+ \label{fig:epoll_event}
+\end{figure}
+
+La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
+quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
+impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
+\func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti. La sua
+definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}.
+
+Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
+corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
+deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
+tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, serve ad indicare a
+quale file descriptor si intende fare riferimento, ed in astratto può
+contenere un valore qualsiasi che permetta di identificarlo, di norma comunque
+si usa come valore lo stesso \param{fd}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{EPOLLIN} & Il file è pronto per le operazioni di lettura
+ (analogo di \const{POLLIN}).\\
+ \const{EPOLLOUT} & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
+ (analogo di \const{POLLOUT}).\\
+ \const{EPOLLRDHUP} & l'altro capo di un socket di tipo
+ \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
+ ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
+ della stessa (vedi sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\\
+ \const{EPOLLPRI} & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
+ disponibili in lettura (analogo di
+ \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
+ riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
+ in ingresso.\\
+ \const{EPOLLERR} & Si è verificata una condizione di errore
+ (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
+ viene comunque riportata in uscita, e non è
+ necessaria impostarla in ingresso.\\
+ \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up.\\
+ \const{EPOLLET} & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
+ triggered} per il file descriptor associato.\\
+ \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
+ descriptor associato.\footnotemark\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
+ \struct{epoll\_event}.}
+ \label{tab:epoll_events}
+\end{table}
+
+\footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.2.}
+
+Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedano che si definisca qual'è
+l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
+\textit{epoll descriptor} \param{epfd} attraverso una serie di chiamate a
+\const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è che queste
+ chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor, incorrendo in
+ una perdita di prestazioni qualora il numero di file descriptor sia molto
+ grande; per questo è stato proposto di introdurre come estensione una
+ funzione \func{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con una sola chiamata
+ le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso di
+\const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
+osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
+osservazione.
+
+Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
+sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
+descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
+registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}. Si tenga
+presente che è possibile tenere sotto osservazione uno stesso file descriptor
+su due \textit{epoll descriptor} diversi, ed entrambi riceveranno le
+notifiche, anche se questa pratica è sconsigliata.
+
+Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file descriptor lo
+si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
+\const{EPOLL\_CTL\_DEL}; si tenga conto inoltre che i file descriptor sotto
+osservazione che vengono chiusi sono eliminati dalla lista automaticamente e
+non è necessario usare \const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
+
+Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
+\const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
+quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
+di dati in blocchi separati\footnote{questo è tipico con i socket di rete, in
+ quanto i dati arrivano a pacchetti.} può causare una generazione di eventi
+(ad esempio segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la
+condizione è già stata rilevata.\footnote{si avrebbe cioè una rottura della
+ logica \textit{edge triggered}.}
+
+Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
+\const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
+notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
+descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
+automaticamente disattivato,\footnote{la cosa avviene contestualmente al
+ ritorno di \func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione.} e per
+essere riutilizzato dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva
+chiamata con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
+
+Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
+i relativi eventi, la funzione che consente di attendere l'occorrenza di uno
+di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/epoll.h}
+ {int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents, int
+ timeout)}
+
+ Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti in
+ caso di successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
+ \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
+ della scadenza di \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
+ con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
+nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
+specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
+registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
+(che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
+dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
+con l'argomento \param{maxevents}.
+
+La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
+sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
+oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
+indica di non attendere e ritornare immediatamente,\footnote{anche in questo
+ caso il valore di ritorno sarà nullo.} o il valore $-1$, che indica
+un'attesa indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre
+un intero positivo.
+
+Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
+strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
+campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
+eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
+stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
+questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
+\const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
+identificare il file descriptor.\footnote{ed è per questo che, come accennato,
+ è consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.}
+
+Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
+come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
+\textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
+che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
+questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
+presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
+dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD} questi verrebbero riletti alla
+luce delle modifiche.
+
+Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
+il ritorno di \func{epoll\_wait} indica un file descriptor è pronto e resterà
+tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su di esso.
+Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di
+\errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una \func{write},\footnote{è
+ opportuno ricordare ancora una volta che l'uso dell'I/O multiplexing
+ richiede di operare sui file in modalità non bloccante.} ma questa non è la
+sola modalità possibile, ad esempio la condizione può essere riconosciuta
+anche con il fatto che sono stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
+
+Come le precedenti \func{select} e \func{poll}, le funzioni dell'interfaccia
+di \textit{epoll} vengono utilizzate prevalentemente con i server di rete,
+quando si devono tenere sotto osservazione un gran numero di socket; per
+questo motivo rimandiamo di nuovo la trattazione di un esempio concreto a
+quando avremo esaminato in dettaglio le caratteristiche dei socket, in
+particolare si potrà trovare un programma che utilizza questa interfaccia in
+sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
+
+
+\itindend{epoll}
-%\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
-%\label{sec:file_epoll}
-% placeholder ...
-% TODO epoll
\section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
\label{sec:file_asyncronous_access}
\textsl{asincrona}, quelle cioè in cui un processo non deve bloccarsi in
attesa della disponibilità dell'accesso al file, ma può proseguire
nell'esecuzione utilizzando invece un meccanismo di notifica asincrono (di
-norma un segnale), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
+norma un segnale, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
+\textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
operazioni di I/O volute.
-\subsection{Operazioni asincrone sui file}
+\subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
\label{sec:file_asyncronous_operation}
-Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile, attraverso l'uso
-del flag \const{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \const{O\_ASYNC} e dei
- comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è specifico
- di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è possibile
-attivare in un secondo tempo questa modalità impostando questo flag attraverso
-l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
-sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
-
-In realtà in questo caso non si tratta di eseguire delle operazioni di lettura
-o scrittura del file in modo asincrono (tratteremo questo, che più
-propriamente è detto \textsl{I/O asincrono} in
-sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto di un meccanismo asincrono di
-notifica delle variazione dello stato del file descriptor aperto in questo
-modo.
-
-Quello che succede in questo caso è che il sistema genera un segnale
-(normalmente \const{SIGIO}, ma è possibile usarne altri con il comando
-\const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}) tutte le volte che diventa possibile
-leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in questa modalità. Si
-può inoltre selezionare, con il comando \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl},
+Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile, attraverso
+l'uso del flag \const{O\_ASYNC},\footnote{l'uso del flag di \const{O\_ASYNC} e
+ dei comandi \const{F\_SETOWN} e \const{F\_GETOWN} per \func{fcntl} è
+ specifico di Linux e BSD.} aprire un file in modalità asincrona, così come è
+possibile attivare in un secondo tempo questa modalità impostando questo flag
+attraverso l'uso di \func{fcntl} con il comando \const{F\_SETFL} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_fcntl}).
+
+In realtà parlare di apertura in modalità asincrona non significa che le
+operazioni di lettura o scrittura del file vengono eseguite in modo asincrono
+(tratteremo questo, che è ciò che più propriamente viene chiamato \textsl{I/O
+ asincrono}, in sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione
+un meccanismo di notifica asincrona delle variazione dello stato del file
+descriptor aperto in questo modo. Quello che succede in questo caso è che il
+sistema genera un segnale (normalmente \const{SIGIO}, ma è possibile usarne
+altri con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl}) tutte le volte che
+diventa possibile leggere o scrivere dal file descriptor che si è posto in
+questa modalità.\footnote{questa modalità non è utilizzabile con i file
+ ordinari ma solo con socket, file di terminale o pseudo terminale, e, a
+ partire dal kernel 2.6, anche per fifo e pipe.}
+
+Si può inoltre selezionare, con il comando \const{F\_SETOWN} di \func{fcntl},
quale processo (o gruppo di processi) riceverà il segnale. Se pertanto si
effettuano le operazioni di I/O in risposta alla ricezione del segnale non ci
sarà più la necessità di restare bloccati in attesa della disponibilità di
-accesso ai file; per questo motivo Stevens chiama questa modalità
-\textit{signal driven I/O}.
-
-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. % aggiungere cenno a epoll quando l'avrò scritta
- 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.
+accesso ai file.
+
+Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di
+Linux, chiamano questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''. Questa è
+ancora un'altra modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di
+\itindex{epoll} \textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con
+ questa tecnica sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è
+ utilizzabile anche con kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli
+ della serie 2.4, ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si
+ hanno con \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle
+funzioni \func{poll} o \func{select} che, come illustrato in
+sez.~\ref{sec:file_epoll}, quando vengono usate con un numero molto grande di
+file descriptor, non hanno buone prestazioni.
Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
segnale. Inoltre dato che i segnali normali non si accodano (si ricordi quanto
illustrato in sez.~\ref{sec:sig_notification}), in presenza di più file
descriptor attivi contemporaneamente, più segnali emessi nello stesso momento
-verrebbero notificati una volta sola. Linux però supporta le estensioni
-POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono accodati e che permettono di
-riconoscere il file descriptor che li ha emessi. In questo caso infatti si può
-fare ricorso alle informazioni aggiuntive restituite attraverso la struttura
-\struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma estesa \var{sa\_sigaction} del
-gestore installata con il flag \const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto
-illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
+verrebbero notificati una volta sola.
+
+Linux però supporta le estensioni POSIX.1b dei segnali real-time, che vengono
+accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha emessi.
+In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni aggiuntive
+restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando la forma
+estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
+\const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
+sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali real-time
(vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando esplicitamente con il comando
anche questa funzionalità. In questo modo si può identificare immediatamente
un file su cui l'accesso è diventato possibile evitando completamente l'uso di
funzioni come \func{poll} e \func{select}, almeno fintanto che non si satura
-la coda. Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non
-potendo più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time,
-invierà al suo posto un solo \const{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti
-i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i
-file diventati attivi.
+la coda.
+
+Se infatti si eccedono le dimensioni di quest'ultima, il kernel, non potendo
+più assicurare il comportamento corretto per un segnale real-time, invierà al
+suo posto un solo \const{SIGIO}, su cui si saranno accumulati tutti i segnali
+in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali sono i file
+diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non avvenga è di
+impostare la lunghezza della coda dei segnali real-time ad una dimensione
+identica al valore massimo del numero di file descriptor
+utilizzabili.\footnote{vale a dire impostare il contenuto di
+ \procfile{/proc/sys/kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
+ \procfile{/proc/sys/fs/file-max}.}
% TODO fare esempio che usa O_ASYNC
\cite{UnixFAQ} viene anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered
Question}.} è che nell'architettura classica di Unix questo non è
possibile. Al contrario di altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like
-non prevede alcun meccanismo per cui un processo possa essere
+classico non prevedeva alcun meccanismo per cui un processo possa essere
\textsl{notificato} di eventuali modifiche avvenute su un file. Questo è il
motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
modo\footnote{in genere questo vien fatto inviandogli un segnale di
- \const{SIGHUP} che, per convenzione adottata dalla gran parte di detti
+ \const{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran parte di detti
programmi, causa la rilettura della configurazione.} se il loro file di
configurazione è stato modificato, perché possano rileggerlo e riconoscere le
modifiche.
Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
-generale comporterebbe un notevole aumento di complessità dell'architettura
-della gestione dei file, per fornire una funzionalità necessaria soltanto in
-casi particolari. Dato che all'origine di Unix i soli programmi che potevano
-avere una tale esigenza erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base
-della progettazione, che era di far fare al kernel solo le operazioni
-strettamente necessarie e lasciare tutto il resto a processi in user space,
-non era stata prevista nessuna funzionalità di notifica.
+generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
+dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
+funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
+all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
+erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
+era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
+lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
+nessuna funzionalità di notifica.
Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
-tipo (molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad interfaccia
-grafica) sono state successivamente introdotte delle estensioni che
+tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
+interfaccia grafica, quando si deve presentare all'utente lo stato del
+filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
\itindex{polling} \textit{polling}.
Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
-supportano meccanismi simili). Esse sono realizzate, e solo a partire dalla
-versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni \textsl{comandi}
-aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl}), che
-divengono disponibili soltanto se si è definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}
-prima di includere \file{fcntl.h}.
+supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
+partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
+\textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_fcntl}), che divengono disponibili soltanto se si è
+definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \file{fcntl.h}.
\index{file!lease|(}
può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente ad un
\acr{uid} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
-\const{CAP\_LEASE}) può acquisire \textit{lease} su qualunque file.
+\const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
+\textit{lease} su qualunque file.
Se su un file è presente un \textit{lease} quando il \textit{lease breaker}
esegue una \func{truncate} o una \func{open} che confligge con
Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
-\file{/proc/sys/fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
+\procfile{/proc/sys/fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo (o
declassarlo) automaticamente.\footnote{questa è una misura di sicurezza per
evitare che un processo blocchi indefinitamente l'accesso ad un file
acquisendo un \textit{lease}.} Una volta che un \textit{lease} è stato
Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
-risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file viene
-modificato, che è quanto necessario ad esempio ai programma di gestione dei
-file dei vari desktop grafici.
-
-Per risolvere questo problema è stata allora creata un'altra interfaccia,
-chiamata \textit{dnotify}, che consente di richiedere una notifica quando una
-directory, o di uno qualunque dei file in essa contenuti, viene modificato.
-Come per i \textit{file lease} la notifica avviene di default attraverso il
-segnale \const{SIGIO}, ma questo può essere modificato e si può ottenere nel
-gestore il file descriptor che è stato modificato dal contenuto della
-struttura \struct{siginfo\_t}.
+risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
+directory vengono modificati, che è quanto necessario ad esempio ai programma
+di gestione dei file dei vari desktop grafici.
+
+Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
+un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
+ specifica di Linux che deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi
+ portabili, e che le funzionalità illustrate sono disponibili soltanto se è
+ stata definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE}.} chiamata \textit{dnotify},
+che consente di richiedere una notifica quando una directory, o uno qualunque
+dei file in essa contenuti, viene modificato. Come per i \textit{file lease}
+la notifica avviene di default attraverso il segnale \const{SIGIO}, ma se ne
+può utilizzare un altro.\footnote{e di nuovo, per le ragioni già esposte in
+ precedenza, è opportuno che si utilizzino dei segnali real-time.} Inoltre,
+come in precedenza, si potrà ottenere nel gestore del segnale il file
+descriptor che è stato modificato tramite il contenuto della struttura
+\struct{siginfo\_t}.
\index{file!lease|)}
-Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
-certa directory eseguendo \func{fcntl} su un file descriptor \param{fd}
-associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
-l'argomento \param{arg} serve ad indicare per quali classi eventi si vuole
-ricevere la notifica, e prende come valore una maschera binaria composta
-dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:file_notify}.
-
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
\const{DN\_ATTRIB} & È stato modificato un attributo di un file con
l'esecuzione di una fra \func{chown}, \func{chmod},
\func{utime}.\\
- \const{DN\_MULTISHOT}& richiede una notifica permanente di tutti gli
+ \const{DN\_MULTISHOT}& Richiede una notifica permanente di tutti gli
eventi.\\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:file_notify}
\end{table}
-A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando
-\const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una sola
-volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
-richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta se
-desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
+Ci si può registrare per le notifiche dei cambiamenti al contenuto di una
+certa directory eseguendo la funzione \func{fcntl} su un file descriptor
+associato alla stessa con il comando \const{F\_NOTIFY}. In questo caso
+l'argomento \param{arg} di \func{fcntl} serve ad indicare per quali classi
+eventi si vuole ricevere la notifica, e prende come valore una maschera
+binaria composta dall'OR aritmetico di una o più delle costanti riportate in
+tab.~\ref{tab:file_notify}.
+
+A meno di non impostare in maniera esplicita una notifica permanente usando il
+valore \const{DN\_MULTISHOT}, la notifica è singola: viene cioè inviata una
+sola volta quando si verifica uno qualunque fra gli eventi per i quali la si è
+richiesta. Questo significa che un programma deve registrarsi un'altra volta
+se desidera essere notificato di ulteriori cambiamenti. Se si eseguono diverse
chiamate con \const{F\_NOTIFY} e con valori diversi per \param{arg} questi
ultimi si \textsl{accumulano}; cioè eventuali nuovi classi di eventi
specificate in chiamate successive vengono aggiunte a quelle già impostate
nelle precedenti. Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
specificare un valore nullo.
+
+\index{file!inotify|(}
+
+Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
+usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
+controllo, il che porta facilmente ad avere un eccesso di file aperti. Inoltre
+quando la directory che si controlla è all'interno di un dispositivo
+rimovibile, mantenere il relativo file descriptor aperto comporta
+l'impossibilità di smontare il dispositivo e di rimuoverlo, il che in genere
+complica notevolmente la gestione dell'uso di questi dispositivi.
+
+Un altro problema è che l'interfaccia di \textit{dnotify} consente solo di
+tenere sotto controllo il contenuto di una directory; la modifica di un file
+viene segnalata, ma poi è necessario verificare di quale file si tratta
+(operazione che può essere molto onerosa quando una directory contiene un gran
+numero di file). Infine l'uso dei segnali come interfaccia di notifica
+comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
+sez.~\ref{sec:sig_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
+quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
+problematica.
+
\index{file!dnotify|)}
+Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
+interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
+\textit{inotify}.\footnote{l'interfaccia è disponibile a partire dal kernel
+ 2.6.13, le relative funzioni sono state introdotte nelle glibc 2.4.} Anche
+questa è una interfaccia specifica di Linux (pertanto non deve essere usata se
+si devono scrivere programmi portabili), ed è basata sull'uso di una coda di
+notifica degli eventi associata ad un singolo file descriptor, il che permette
+di risolvere il principale problema di \itindex{dnotify} \textit{dnotify}. La
+coda viene creata attraverso la funzione \funcd{inotify\_init}, il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_init(void)}
+
+ Inizializza una istanza di \textit{inotify}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
+ $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il numero massimo di istanze di
+ \textit{inotify} consentite all'utente.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
+ nel sistema.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
+ l'istanza.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione non prende alcun argomento; inizializza una istanza di
+\textit{inotify} e restituisce un file descriptor attraverso il quale verranno
+effettuate le operazioni di notifica;\footnote{per evitare abusi delle risorse
+ di sistema è previsto che un utente possa utilizzare un numero limitato di
+ istanze di \textit{inotify}; il valore di default del limite è di 128, ma
+ questo valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
+ \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_instances}.} si tratta di un file
+descriptor speciale che non è associato a nessun file su disco, e che viene
+utilizzato solo per notificare gli eventi che sono stati posti in
+osservazione. Dato che questo file descriptor non è associato a nessun file o
+directory reale, l'inconveniente di non poter smontare un filesystem i cui
+file sono tenuti sotto osservazione viene completamente
+eliminato.\footnote{anzi, una delle capacità dell'interfaccia di
+ \textit{inotify} è proprio quella di notificare il fatto che il filesystem
+ su cui si trova il file o la directory osservata è stato smontato.}
+
+Inoltre trattandosi di un file descriptor a tutti gli effetti, esso potrà
+essere utilizzato come argomento per le funzioni \func{select} e \func{poll} e
+con l'interfaccia di \textit{epoll}; siccome gli eventi vengono notificati
+come dati disponibili in lettura sul file descriptor, dette funzioni
+ritorneranno tutte le volte che si avrà un evento di notifica. Così, invece di
+dover utilizzare i segnali,\footnote{considerati una pessima scelta dal punto
+ di vista dell'interfaccia utente.} si potrà gestire l'osservazione delle
+modifiche con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
+illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}.
+
+Infine l'interfaccia di \textit{inotify} consente di mettere sotto
+osservazione, oltre che una directory anche singoli file. Una volta creata la
+coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere sotto osservazione;
+questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di osservazione} (o
+\textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire la lista di
+osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni, la prima di queste è
+\funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
+
+ Aggiunge un evento di osservazione alla lista di osservazione di \param{fd}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un valore positivo in caso di successo, o
+ $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EACCESS}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
+ non è un filesystem di \textit{inotify}.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
+ osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF}.}
+\end{prototype}
+
+La funzione consente di creare un ``\textsl{osservatore}'' (il cosiddetto
+``\textit{watch}'') nella lista di osservazione di una coda di notifica, che
+deve essere indicata specificando il file descriptor ad essa associato
+nell'argomento \param{fd}.\footnote{questo ovviamente dovrà essere un file
+ descriptor creato con \func{inotify\_init}.} Il file o la directory da
+porre sotto osservazione vengono invece indicati per nome, da passare
+nell'argomento \param{pathname}. Infine il terzo argomento, \param{mask},
+indica che tipo di eventi devono essere tenuti sotto osservazione e le
+modalità della stessa. L'operazione può essere ripetuta per tutti i file e le
+directory che si vogliono tenere sotto osservazione,\footnote{anche in questo
+ caso c'è un limite massimo che di default è pari a 8192, ed anche questo
+ valore può essere cambiato con \func{sysctl} o usando il file
+ \procfile{/proc/sys/fs/inotify/max\_user\_watches}.} e si utilizzerà sempre
+un solo file descriptor.
+
+Il tipo di evento che si vuole osservare deve essere specificato
+nell'argomento \param{mask} come maschera binaria, combinando i valori delle
+costanti riportate in tab.~\ref{tab:inotify_event_watch} che identificano i
+singoli bit della maschera ed il relativo significato. In essa si sono marcati
+con un ``$\bullet$'' gli eventi che, quando specificati per una directory,
+vengono osservati anche su tutti i file che essa contiene. Nella seconda
+parte della tabella si sono poi indicate alcune combinazioni predefinite dei
+flag della prima parte.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_ACCESS} &$\bullet$& C'è stato accesso al file in
+ lettura.\\
+ \const{IN\_ATTRIB} &$\bullet$& Ci sono stati cambiamenti sui dati
+ dell'inode (o sugli attributi
+ estesi, vedi
+ sez.~\ref{sec:file_xattr}).\\
+ \const{IN\_CLOSE\_WRITE} &$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
+ scrittura.\\
+ \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}&$\bullet$& È stato chiuso un file aperto in
+ sola lettura.\\
+ \const{IN\_CREATE} &$\bullet$& È stato creato un file o una
+ directory in una directory sotto
+ osservazione.\\
+ \const{IN\_DELETE} &$\bullet$& È stato cancellato un file o una
+ directory in una directory sotto
+ osservazione.\\
+ \const{IN\_DELETE\_SELF} & & È stato cancellato il file (o la
+ directory) sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MODIFY} &$\bullet$& È stato modificato il file.\\
+ \const{IN\_MOVE\_SELF} & & è stato rinominato il file (o la
+ directory) sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MOVED\_FROM} &$\bullet$& Un file è stato spostato fuori dalla
+ directory sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_MOVED\_TO} &$\bullet$& Un file è stato spostato nella
+ directory sotto osservazione.\\
+ \const{IN\_OPEN} &$\bullet$& Un file è stato aperto.\\
+ \hline
+ \const{IN\_CLOSE} & -- & Combinazione di
+ \const{IN\_CLOSE\_WRITE} e
+ \const{IN\_CLOSE\_NOWRITE}.\\
+ \const{IN\_MOVE} & -- & Combinazione di
+ \const{IN\_MOVED\_FROM} e
+ \const{IN\_MOVED\_TO}.\\
+ \const{IN\_ALL\_EVENTS} & -- & Combinazione di tutti i flag
+ possibili.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i valori per la maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
+ tipo di evento da tenere sotto osservazione.}
+ \label{tab:inotify_event_watch}
+\end{table}
+
+Oltre ai flag di tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che indicano il tipo di
+evento da osservare e che vengono utilizzati anche in uscita per indicare il
+tipo di evento avvenuto, \func{inotify\_add\_watch} supporta ulteriori
+flag,\footnote{i flag \const{IN\_DONT\_FOLLOW}, \const{IN\_MASK\_ADD} e
+ \const{IN\_ONLYDIR} sono stati introdotti a partire dalle glibc 2.5, se si
+ usa la versione 2.4 è necessario definirli a mano.} riportati in
+tab.~\ref{tab:inotify_add_watch_flag}, che indicano le modalità di
+osservazione (da passare sempre nell'argomento \param{mask}) e che al
+contrario dei precedenti non vengono mai impostati nei risultati in uscita.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_DONT\_FOLLOW}& Non dereferenzia \param{pathname} se questo è un
+ link simbolico.\\
+ \const{IN\_MASK\_ADD} & Aggiunge a quelli già impostati i flag indicati
+ nell'argomento \param{mask}, invece di
+ sovrascriverli.\\
+ \const{IN\_ONESHOT} & Esegue l'osservazione su \param{pathname} per una
+ sola volta, rimuovendolo poi dalla \textit{watch
+ list}.\\
+ \const{IN\_ONLYDIR} & Se \param{pathname} è una directory riporta
+ soltanto gli eventi ad essa relativi e non
+ quelli per i file che contiene.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i valori per la maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
+ modalità di osservazione.}
+ \label{tab:inotify_add_watch_flag}
+\end{table}
+
+Se non esiste nessun \textit{watch} per il file o la directory specificata
+questo verrà creato per gli eventi specificati dall'argomento \param{mask},
+altrimenti la funzione sovrascriverà le impostazioni precedenti, a meno che
+non si sia usato il flag \const{IN\_MASK\_ADD}, nel qual caso gli eventi
+specificati saranno aggiunti a quelli già presenti.
+
+Come accennato quando si tiene sotto osservazione una directory vengono
+restituite le informazioni sia riguardo alla directory stessa che ai file che
+essa contiene; questo comportamento può essere disabilitato utilizzando il
+flag \const{IN\_ONLYDIR}, che richiede di riportare soltanto gli eventi
+relativi alla directory stessa. Si tenga presente inoltre che quando si
+osserva una directory vengono riportati solo gli eventi sui file che essa
+contiene direttamente, non quelli relativi a file contenuti in eventuali
+sottodirectory; se si vogliono osservare anche questi sarà necessario creare
+ulteriori \textit{watch} per ciascuna sottodirectory.
+
+Infine usando il flag \const{IN\_ONESHOT} è possibile richiedere una notifica
+singola;\footnote{questa funzionalità però è disponibile soltato a partire dal
+ kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
+richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
+automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
+sarà più notificato.
+
+In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
+detto \textit{watch descriptor}; è tramite questo valore che si identifica
+univocamente un \textsl{osservatore} su una coda di notifica, sia per quanto
+riguarda i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per quanto riguarda
+la eventuale rimozione dello stesso; la seconda funzione per la gestione delle
+liste di osservazione è infatti \funcd{inotify\_rm\_watch}, che permette di
+rimuovere un \textsl{osservatore}; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/inotify.h}
+ {int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
+
+ Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, o $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] non si è specificato in \param{fd} un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{wd} non è corretto, o \param{fd}
+ non è associato ad una coda di notifica.
+ \end{errlist}
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
+\param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
+\param{wd};\footnote{ovviamente deve essere usato per questo argomento un
+ valore ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore
+ di \errval{EINVAL}.} inoltre, contemporaneamente alla rimozione
+dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un evento di tipo
+\const{IN\_IGNORED} (vedi tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}).
+
+
+Oltre che per la rimozione, il \textit{watch descriptor} viene usato anche per
+identificare l'evento a cui si fa riferimento nella lista dei risultati
+restituiti da \textit{inotify}; questi ultimi infatti vengono notificati alle
+applicazioni che usano l'interfaccia di \textit{inotify} come dati presenti in
+lettura su file descriptor creato con \func{inotify\_init}.
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includestruct{listati/inotify_event.h}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \structd{inotify\_event}.}
+ \label{fig:inotify_event}
+\end{figure}
+
+
+Inoltre l'interfaccia di \textit{inotify} permette di conoscere, come avviene
+per i file descriptor associati ai socket (si veda al proposito quanto
+trattato in sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}) il numero di byte disponibili in
+lettura sul nostro file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
+\const{FIONREAD} con \func{ioctl}.\footnote{questa è una delle operazioni
+ speciali (che abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_ioctl}) che nel caso è
+ disponibile solo per i socket e per i file descriptor creati con
+ \func{inotify\_init}.} Questo consente anche di ottenere rapidamente il
+numero di file che sono cambiati.
+
+
+
+
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{IN\_IGNORED} & .\\
+ \const{IN\_ISDIR} & .\\
+ \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& .\\
+ \const{IN\_UNMOUNT} & .\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano i flag aggiuntivi usati nella maschera
+ binaria del campo \var{mask} di \structd{inotify\_event}.}
+ \label{tab:inotify_read_event_flag}
+\end{table}
+
-\index{file!inotify|)}
% TODO inserire anche inotify, vedi http://www.linuxjournal.com/article/8478
-\index{file!inotify|(}
+% TODO e man inotify
+
+\index{file!inotify|)}
+% TODO inserire anche eventfd (vedi http://lwn.net/Articles/233462/)
+% e le restanti signalfd e timerfd introdotte con il 2.6.22
+% o trovargli un posto migliore
+
\subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
\label{sec:file_asyncronous_io}
In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni (in genere
quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo lo
-standard POSIX.1b prevede una funzioni apposita, \funcd{aio\_cancel}, che
+standard POSIX.1b prevede una funzione apposita, \funcd{aio\_cancel}, che
permette di cancellare una operazione richiesta in precedenza; il suo
prototipo è:
\begin{prototype}{aio.h}
successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà \errcode{ECANCELED} come
codice di errore, ed il suo codice di ritorno sarà -1, inoltre il meccanismo
di notifica non verrà invocato. Se si specifica una operazione relativa ad un
-altro file descriptor il risultato è indeterminato.
-
-In caso di successo, i possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} sono
-tre (anch'essi definiti in \file{aio.h}):
+altro file descriptor il risultato è indeterminato. In caso di successo, i
+possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} (anch'essi definiti in
+\file{aio.h}) sono tre:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3.0cm}}
\item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
cancellazione sono state già completate,
}
\end{prototype}
-La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate dalla
-lista \param{list}; questa deve contenere gli indirizzi di altrettanti
-\textit{control block}, opportunamente inizializzati; in particolare nel caso
-dovrà essere specificato il tipo di operazione tramite il campo
-\var{aio\_lio\_opcode}, che può prendere i tre valori:
+La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate nella
+lista \param{list} che deve contenere gli indirizzi di altrettanti
+\textit{control block} opportunamente inizializzati; in particolare dovrà
+essere specificato il tipo di operazione con il campo \var{aio\_lio\_opcode},
+che può prendere i valori:
\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
\item[\const{LIO\_READ}] si richiede una operazione di lettura.
\item[\const{LIO\_WRITE}] si richiede una operazione di scrittura.
\item[\const{LIO\_NOP}] non si effettua nessuna operazione.
\end{basedescript}
-l'ultimo valore viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
-dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si è
-dovuto cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per quelle
-non completate.
+dove \const{LIO\_NOP} viene usato quando si ha a che fare con un vettore di
+dimensione fissa, per poter specificare solo alcune operazioni, o quando si
+sono dovute cancellare delle operazioni e si deve ripetere la richiesta per
+quelle non completate.
-L'argomento \param{mode} permette di stabilire il comportamento della
-funzione, se viene specificato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si
-blocca fino al completamento di tutte le operazioni richieste; se invece si
-specifica \const{LIO\_NOWAIT} la funzione ritorna immediatamente dopo aver
-messo in coda tutte le richieste. In questo caso il chiamante può richiedere
-la notifica del completamento di tutte le richieste, impostando l'argomento
-\param{sig} in maniera analoga a come si fa per il campo \var{aio\_sigevent}
-di \struct{aiocb}.
+L'argomento \param{mode} controlla il comportamento della funzione, se viene
+usato il valore \const{LIO\_WAIT} la funzione si blocca fino al completamento
+di tutte le operazioni richieste; se si usa \const{LIO\_NOWAIT} la funzione
+ritorna immediatamente dopo aver messo in coda tutte le richieste. In tal caso
+il chiamante può richiedere la notifica del completamento di tutte le
+richieste, impostando l'argomento \param{sig} in maniera analoga a come si fa
+per il campo \var{aio\_sigevent} di \struct{aiocb}.
\section{Altre modalità di I/O avanzato}
\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}.
+ \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
+ \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
+
+ Eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura vettorizzata.
\bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte letti o scritti in
caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
\item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{MAX\_IOVEC}).
\item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima di
di avere eseguito una qualunque lettura o scrittura.
\item[\errcode{EAGAIN}] \param{fd} è stato aperto in modalità non bloccante e
non ci sono dati in lettura.
- \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
\end{errlist}
- ed inoltre \errval{EISDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT} (se non sono
- stato allocati correttamente i buffer specificati nei campi
- \var{iov\_base}), più tutti gli ulteriori errori che potrebbero avere le
- usuali funzioni di lettura e scrittura eseguite su \param{fd}.}
+ ed anche \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT}
+ (se non sono stati allocati correttamente i buffer specificati nei campi
+ \var{iov\_base}), più gli eventuali errori delle funzioni di lettura e
+ scrittura eseguite su \param{fd}.}
\end{functions}
-Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{iovec}, definita in
-fig.~\ref{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.
+Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{iovec}, la cui definizione è
+riportata in fig.~\ref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono
+essere letti o scritti ed in che quantità. Il primo campo della struttura,
+\var{iov\_base}, contiene l'indirizzo del buffer ed il secondo,
+\var{iov\_len}, la dimensione dello stesso.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\label{fig:file_iovec}
\end{figure}
-I buffer da utilizzare sono indicati attraverso l'argomento \param{vector} che
-è un vettore di strutture \struct{iovec}, la cui lunghezza è specificata da
-\param{count}. Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata per
-opportunamente per indicare i vari buffer da/verso i quali verrà eseguito il
-trasferimento dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li
-si sono specificati nel vettore \param{vector}.
+La lista dei buffer da utilizzare viene indicata attraverso l'argomento
+\param{vector} che è un vettore di strutture \struct{iovec}, la cui lunghezza
+è specificata dall'argomento \param{count}. Ciascuna struttura dovrà essere
+inizializzata opportunamente per indicare i vari buffer da e verso i quali
+verrà eseguito il trasferimento dei dati. Essi verranno letti (o scritti)
+nell'ordine in cui li si sono specificati nel vettore \param{vector}.
\subsection{File mappati in memoria}
\textsl{paginazione} \index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
sez.~\ref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo.
+ che lo ha allocato
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_layout}
+ \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
+ mappatura in memoria di un file.}
+ \label{fig:file_mmap_layout}
+\end{figure}
Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
si può parlare tanto di \textsl{file mappato in memoria}, quanto di
\textsl{memoria mappata su file}.
-\begin{figure}[htb]
- \centering
- \includegraphics[width=14cm]{img/mmap_layout}
- \caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
- mappatura in memoria di un file.}
- \label{fig:file_mmap_layout}
-\end{figure}
-
L'uso del \textit{memory-mapping} comporta una notevole semplificazione delle
operazioni di I/O, in quanto non sarà più necessario utilizzare dei buffer
intermedi su cui appoggiare i dati da traferire, poiché questi potranno essere
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
da \param{start}, se questo non può essere usato
\func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
valore di \param{start} deve essere allineato
- alle dimensioni di una pagina. \\
+ alle dimensioni di una pagina.\\
\const{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
riportati sul file e saranno immediatamente
visibili agli altri processi che mappano lo stesso
aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
\func{munmap}), e solo allora le modifiche saranno
visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
- con \const{MAP\_PRIVATE}. \\
+ con \const{MAP\_PRIVATE}.\\
\const{MAP\_PRIVATE} & I cambiamenti sulla memoria mappata non vengono
riportati sul file. Ne viene fatta una copia
privata cui solo il processo chiamante ha
salvate su swap in caso di necessità. Non è
specificato se i cambiamenti sul file originale
vengano riportati sulla regione
- mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}. \\
+ mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}.\\
\const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
\textit{DoS} \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
(veniva usato per segnalare che tentativi di
scrittura sul file dovevano fallire con
\errcode{ETXTBSY}).\\
- \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato. \\
+ \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato.\\
\const{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \const{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
delle pagine di swap ad uso del meccanismo del
\textit{copy on write} \itindex{copy~on~write}
modifiche fatte alla regione mappata, in
questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
memoria disponibile, si ha l'emissione di
- un \const{SIGSEGV}. \\
+ un \const{SIGSEGV}.\\
\const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
mappate.\\
\const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} stack. Indica
richiesto \const{MAP\_FIXED}.\\
\const{MAP\_POPULATE} & Esegue il \itindex{prefaulting}
\textit{prefaulting} delle pagine di memoria
- necessarie alla mappatura. \\
+ necessarie alla mappatura.\\
\const{MAP\_NONBLOCK} & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
- non causa I/O.\footnotemark \\
+ non causa I/O.\footnotemark\\
% \const{MAP\_DONTEXPAND}& Non consente una successiva espansione dell'area
% mappata con \func{mremap}, proposto ma pare non
% implementato.\\
\footnotetext[20]{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
memoria.}
-\footnotetext[21]{L'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è
- stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
+
+\footnotetext[21]{L'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è stato
+ implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x; esso consente
+ di creare segmenti di memoria condivisa e torneremo sul suo utilizzo in
+ sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}.}
\footnotetext{questo flag ed il precedente \const{MAP\_POPULATE} sono stati
introdotti nel kernel 2.5.46 insieme alla mappatura non lineare di cui
Permette di rimappare non linearmente un precedente \textit{memory mapping}.
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
\item[\errcode{EINVAL}] Si è usato un valore non valido per uno degli
\itindend{memory~mapping}
-\subsection{L'I/O diretto fra file descriptor con \func{sendfile}}
-\label{sec:file_sendfile}
+\subsection{L'I/O diretto fra file descriptor}
+\label{sec:file_sendfile_splice}
+
-Uno dei problemi
+Uno dei problemi che si presenta nella gestione dell'I/O è quello in cui si
+devono trasferire grandi quantità di dati da un file descriptor ed un altro;
+questo usualmente comporta la lettura dei dati dal primo file descriptor in un
+buffer in memoria, da cui essi vengono poi scritti sul secondo.
+
+Benché il kernel ottimizzi la gestione di questo processo quando si ha a che
+fare con file normali, in generale quando i dati da trasferire sono molti si
+pone il problema di effettuare trasferimenti di grandi quantità di dati da
+kernel space a user space e all'indietro, quando in realtà sarebbe molto più
+efficiente tenere tutto in kernel space. Tratteremo in questa sezione alcune
+funzioni specialistiche che permettono di ottimizzare le prestazioni in questo
+tipo di situazioni.
+
+La prima funzione che si pone l'obiettivo di ottimizzare il trasferimento dei
+dati fra due file descriptor è \funcd{sendfile}; la funzione è presente in
+diverse versioni di Unix,\footnote{la si ritrova ad esempio in FreeBSD, HPUX
+ ed altri Unix.} ma non è presente né in POSIX.1-2001 né in altri standard,
+per cui vengono utilizzati diversi prototipi e semantiche
+differenti;\footnote{pertanto si eviti di utilizzarla se si devono scrivere
+ programmi portabili.} nel caso di Linux il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/sendfile.h}
+
+ \funcdecl{ssize\_t sendfile(int out\_fd, int in\_fd, off\_t *offset, size\_t
+ count)}
+
+ Copia dei dati da un file descriptor ad un altro.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] si è impostata la modalità non bloccante su
+ \param{out\_fd} e la scrittura si bloccherebbe.
+ \item[\errcode{EINVAL}] i file descriptor non sono validi, o sono bloccati
+ o una operazione di \func{mmap} non è disponibile per \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{EIO}] si è avuto un errore di lettura da \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per la lettura da
+ \param{in\_fd}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errcode{EBADF} e \errcode{EFAULT}.
+ }
+\end{functions}
+
+
+%NdA è da finire, sul perché non è abilitata fra file vedi:
+%\href{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}
+%{\texttt{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}}
-NdA è da finire, sul perché non è abilitata fra file vedi:
-\href{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}
-{\texttt{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}}
% TODO documentare la funzione sendfile
+% TODO documentare le funzioni tee e splice
+% http://kerneltrap.org/node/6505 e http://lwn.net/Articles/178199/ e
+% http://lwn.net/Articles/179492/
+% e http://en.wikipedia.org/wiki/Splice_(system_call)
+% e http://kerneltrap.org/node/6505
-% i raw device
-%\subsection{I \textit{raw} device}
-%\label{sec:file_raw_device}
-%
-% TODO i raw device
+
+\subsection{Gestione avanzata dell'accesso ai dati dei file}
+\label{sec:file_fadvise}
+
+Nell'uso generico dell'interfaccia per l'accesso al contenuto dei file le
+operazioni di lettura e scrittura non necessitano di nessun intervento di
+supervisione da parte dei programmi, si eseguirà una \func{read} o una
+\func{write}, i dati verranno passati al kernel che provvederà ad effettuare
+tutte le operazioni (e a gestire il \textit{caching} dei dati) per portarle a
+termine in quello che ritiene essere il modo più efficiente.
+
+Il problema è che il concetto di migliore efficienza impiegato dal kernel è
+relativo all'uso generico, mentre esistono molti casi in cui ci sono esigenze
+specifiche dei singoli programmi, che avendo una conoscenza diretta di come
+verranno usati i file, possono necessitare di effettuare delle ottimizzazioni
+specifiche, relative alle proprie modalità di I/O sugli stessi. Tratteremo in
+questa sezione una serie funzioni che consentono ai programmi di ottimizzare
+il loro accesso ai dati dei file.
+
+
+% TODO documentare \func{madvise}
+% TODO documentare \func{mincore}
+% TODO documentare \func{posix\_fadvise}
+% vedi http://insights.oetiker.ch/linux/fadvise.html
+% questo tread? http://www.ussg.iu.edu/hypermail/linux/kernel/0703.1/0032.html
+% TODO documentare \func{fallocate}
+% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
%\subsection{L'utilizzo delle porte di I/O}
\const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
mantenere un lock condiviso sullo stesso file.\\
\const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
- alla volta può mantenere un lock esclusivo su un file. \\
+ alla volta può mantenere un lock esclusivo su un file.\\
\const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
\const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il lock non è disponibile,
si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
% LocalWords: flock shared exclusive operation dup inode linked NFS cmd ENOLCK
% LocalWords: EDEADLK whence SEEK CUR type pid GETLK SETLK SETLKW all'inode HP
% LocalWords: switch bsd lockf mandatory SVr sgid group root mount mand TRUNC
-% LocalWords: SVID UX Documentation sendfile
+% LocalWords: SVID UX Documentation sendfile dnotify inotify NdA ppoll fds add
+% LocalWords: init EMFILE FIONREAD ioctl watch char pathname uint mask ENOSPC
+% LocalWords: dell'inode CLOSE NOWRITE MOVE MOVED FROM TO rm wd event page ctl
+% LocalWords: attribute Universe epoll Solaris kqueue level triggered Jonathan
+% LocalWords: Lemon BSDCON edge Libenzi kevent backporting epfd EEXIST ENOENT
+% LocalWords: MOD wait EPOLLIN EPOLLOUT EPOLLRDHUP SOCK EPOLLPRI EPOLLERR one
+% LocalWords: EPOLLHUP EPOLLET EPOLLONESHOT shot maxevents ctlv ALL DONT HPUX
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
%%% End:
+% LocalWords: FOLLOW ONESHOT ONLYDIR FreeBSD EIO caching
projects / gapil.git / blobdiff