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-\chapter{La gestione avanzata dei file}
-\label{cha:file_advanced}
-
-In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
-dei file. In particolare tratteremo delle funzioni di input/output avanzato,
-che permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da
-quelle che permettono di gestire l'accesso contemporaneo a più file, per
-concludere con la gestione dell'I/O mappato in memoria. Dedicheremo poi la
-fine del capitolo alle problematiche del \textit{file locking}.
-
-
-\section{L'\textit{I/O multiplexing}}
-\label{sec:file_multiplexing}
-
-Uno dei problemi che si presentano quando si deve operare contemporaneamente
-su molti file usando le funzioni illustrate in
-cap.~\ref{cha:file_unix_interface} e cap.~\ref{cha:files_std_interface} è che
-si può essere bloccati nelle operazioni su un file mentre un altro potrebbe
-essere disponibile. L'\textit{I/O multiplexing} nasce risposta a questo
-problema. In questa sezione forniremo una introduzione a questa problematica
-ed analizzeremo le varie funzioni usate per implementare questa modalità di
-I/O.
-
-
-\subsection{La problematica dell'\textit{I/O multiplexing}}
-\label{sec:file_noblocking}
-
-Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_gen_beha}, affrontando la suddivisione fra
-\textit{fast} e \textit{slow} system call,\index{system~call~lente} che in
-certi casi le funzioni di I/O possono bloccarsi indefinitamente.\footnote{si
- ricordi però che questo può accadere solo per le pipe, i
- socket\index{socket} ed alcuni file di
- dispositivo\index{file!di~dispositivo}; sui file normali le funzioni di
- lettura e scrittura ritornano sempre subito.} Ad esempio le operazioni di
-lettura possono bloccarsi quando non ci sono dati disponibili sul descrittore
-su cui si sta operando.
-
-Questo comportamento causa uno dei problemi più comuni che ci si trova ad
-affrontare nelle operazioni di I/O, che si verifica quando si deve operare con
-più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi senza che sia
-possibile prevedere quando questo può avvenire (il caso più classico è quello
-di un server in attesa di dati in ingresso da vari client). Quello che può
-accadere è di restare bloccati nell'eseguire una operazione su un file
-descriptor che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne potrebbe essere
-un'altro disponibile. Questo comporta nel migliore dei casi una operazione
-ritardata inutilmente nell'attesa del completamento di quella bloccata, mentre
-nel peggiore dei casi (quando la conclusione della operazione bloccata dipende
-da quanto si otterrebbe dal file descriptor ``\textsl{disponibile}'') si
-potrebbe addirittura arrivare ad un \textit{deadlock}\index{\textit{deadlock}}.
-
-Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open} che è possibile prevenire
-questo tipo di comportamento delle funzioni di I/O aprendo un file in
-\textsl{modalità non-bloccante}, attraverso l'uso del flag \const{O\_NONBLOCK}
-nella chiamata di \func{open}. In questo caso le funzioni di input/output
-eseguite sul file che si sarebbero bloccate, ritornano immediatamente,
-restituendo l'errore \errcode{EAGAIN}. L'utilizzo di questa modalità di I/O
-permette di risolvere il problema controllando a turno i vari file descriptor,
-in un ciclo in cui si ripete l'accesso fintanto che esso non viene garantito.
-Ovviamente questa tecnica, detta \textit{polling}\index{\textit{polling}}, è
-estremamente inefficiente: si tiene costantemente impiegata la CPU solo per
-eseguire in continuazione delle system call che nella gran parte dei casi
-falliranno.
-
-Per superare questo problema è stato introdotto il concetto di \textit{I/O
- multiplexing}, una nuova modalità di operazioni che consenta 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
-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}.
-
-
-\subsection{Le funzioni \func{select} e \func{pselect}}
-\label{sec:file_select}
-
-Il primo kernel unix-like ad introdurre una interfaccia per l'\textit{I/O
- multiplexing} è stato BSD,\footnote{la funzione \func{select} è apparsa in
- BSD4.2 e standardizzata in BSD4.4, ma è stata portata su tutti i sistemi che
- supportano i \textit{socket}\index{socket}, compreso le varianti di System
- V.} con la funzione \funcd{select}, il cui prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/time.h}
- \headdecl{sys/types.h}
- \headdecl{unistd.h}
- \funcdecl{int select(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
- *exceptfds, struct timeval *timeout)}
-
- Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
- attivo.
-
- \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
- descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
- caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+capacità \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
+esso,\footnote{in realtà \func{truncate} confligge sempre, mentre \func{open},
+ se eseguita in sola lettura, non confligge se si tratta di un \textit{read
+ lease}.} la funzione si blocca (a meno di non avere aperto il file con
+\const{O\_NONBLOCK}, nel qual caso \func{open} fallirebbe con un errore di
+\errcode{EWOULDBLOCK}) e viene eseguita la notifica al \textit{lease holder},
+così che questo possa completare le sue operazioni sul file e rilasciare il
+\textit{lease}. In sostanza con un \textit{read lease} si rilevano i
+tentativi di accedere al file per modificarne i dati da parte di un altro
+processo, mentre con un \textit{write lease} si rilevano anche i tentativi di
+accesso in lettura. Si noti comunque che le operazioni di notifica avvengono
+solo in fase di apertura del file e non sulle singole operazioni di lettura e
+scrittura.
+
+L'utilizzo dei \textit{file lease} consente al \textit{lease holder} di
+assicurare la consistenza di un file, a seconda dei due casi, prima che un
+altro processo inizi con le sue operazioni di scrittura o di lettura su di
+esso. In genere un \textit{lease holder} che riceve una notifica deve
+provvedere a completare le necessarie operazioni (ad esempio scaricare
+eventuali buffer), per poi rilasciare il \textit{lease} così che il
+\textit{lease breaker} possa eseguire le sue operazioni. Questo si fa con il
+comando \const{F\_SETLEASE}, o rimuovendo il \textit{lease} con
+\const{F\_UNLCK}, o, nel caso di \textit{write lease} che confligge con una
+operazione di lettura, declassando il \textit{lease} a lettura con
+\const{F\_RDLCK}.
+
+Se il \textit{lease holder} non provvede a rilasciare il \textit{lease} entro
+il numero di secondi specificato dal parametro di sistema mantenuto in
+\sysctlfile{fs/lease-break-time} sarà il kernel stesso a rimuoverlo o
+declassarlo automaticamente (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 rilasciato o
+declassato (che questo sia fatto dal \textit{lease holder} o dal kernel è lo
+stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal \textit{lease
+ breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
+
+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 o una
+directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
+ principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
+ comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
+ interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
+ di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
+gestione dei file dei vari desktop grafici.
+
+\itindbeg{dnotify}
+
+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 \signal{SIGIO}, ma se ne
+può utilizzare un altro, e di nuovo, per le ragioni già esposte in precedenza,
+è opportuno che si utilizzino dei segnali \textit{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}.
+
+\itindend{file~lease}
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{DN\_ACCESS} & Un file è stato acceduto, con l'esecuzione di una fra
+ \func{read}, \func{pread}, \func{readv}.\\
+ \const{DN\_MODIFY} & Un file è stato modificato, con l'esecuzione di una
+ fra \func{write}, \func{pwrite}, \func{writev},
+ \func{truncate}, \func{ftruncate}.\\
+ \const{DN\_CREATE} & È stato creato un file nella directory, con
+ l'esecuzione di una fra \func{open}, \func{creat},
+ \func{mknod}, \func{mkdir}, \func{link},
+ \func{symlink}, \func{rename} (da un'altra
+ directory).\\
+ \const{DN\_DELETE} & È stato cancellato un file dalla directory con
+ l'esecuzione di una fra \func{unlink}, \func{rename}
+ (su un'altra directory), \func{rmdir}.\\
+ \const{DN\_RENAME} & È stato rinominato un file all'interno della
+ directory (con \func{rename}).\\
+ \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
+ eventi.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Le costanti che identificano le varie classi di eventi per i quali
+ si richiede la notifica con il comando \const{F\_NOTIFY} di \func{fcntl}.}
+ \label{tab:file_notify}
+\end{table}
+
+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.
+
+\itindbeg{inotify}
+
+Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
+usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
+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_adv_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
+quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
+problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
+
+\itindend{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 di sistema \funcd{inotify\_init}, il
+cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/inotify.h}
+\fdecl{int inotify\_init(void)}
+\fdesc{Inizializza una istanza di \textit{inotify}.}
+}
+
+{La funzione ritornaun 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{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{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}
- ed inoltre \errval{ENOMEM}.
}
-\end{functions}
-
-La funzione mette il processo in stato di \textit{sleep} (vedi
-tab.~\ref{tab:proc_proc_states}) fintanto che almeno uno dei file descriptor
-degli insiemi specificati (\param{readfds}, \param{writefds} e
-\param{exceptfds}), non diventa attivo, per un tempo massimo specificato da
-\param{timeout}.
-
-\index{\textit{file~descriptor~set}|(}
-Per specificare quali file descriptor si intende \textsl{selezionare}, la
-funzione usa un particolare oggetto, il \textit{file descriptor set},
-identificato dal tipo \type{fd\_set}, che serve ad identificare un insieme di
-file descriptor, in maniera analoga a come un
-\index{\textit{signal~set}}\textit{signal set} (vedi
-sez.~\ref{sec:sig_sigset}) identifica un insieme di segnali. Per la
-manipolazione di questi \textit{file descriptor set} si possono usare delle
-opportune macro di preprocessore:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/time.h}
- \headdecl{sys/types.h}
- \headdecl{unistd.h}
- \funcdecl{FD\_ZERO(fd\_set *set)}
- Inizializza l'insieme (vuoto).
-
- \funcdecl{FD\_SET(int fd, fd\_set *set)}
- Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
-
- \funcdecl{FD\_CLR(int fd, fd\_set *set)}
- Rimuove il file descriptor \param{fd} nell'insieme.
-
- \funcdecl{FD\_ISSET(int fd, fd\_set *set)}
- Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.
-\end{functions}
-
-In genere un \textit{file descriptor set} può contenere fino ad un massimo di
-\const{FD\_SETSIZE} file descriptor. Questo valore in origine corrispondeva
-al limite per il numero massimo di file aperti\footnote{ad esempio in Linux,
- fino alla serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo.}, ma da
-quando, come nelle versioni più recenti del kernel, non c'è più un limite
-massimo, esso indica le dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file
- descriptor set}.\footnote{il suo valore, secondo lo standard POSIX
- 1003.1-2001, è definito in \file{sys/select.h}, ed è pari a 1024.} Si tenga
-presente che i \textit{file descriptor set} devono sempre essere inizializzati
-con \macro{FD\_ZERO}; passare a \func{select} un valore non inizializzato può
-dar luogo a comportamenti non prevedibili.
-
-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,
-\param{writefds}, per verificare la possibilità effettuare una scrittura ed il
-terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni (come i
-messaggi urgenti su un \textit{socket}\index{socket}, vedi
-sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}).
-
-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
-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.
-\index{\textit{file~descriptor~set}|)}
-
-La funzione restituisce il numero di file descriptor pronti,\footnote{questo è
- il comportamento previsto dallo standard, ma la standardizzazione della
- funzione è recente, ed esistono ancora alcune versioni di Unix che non si
- comportano in questo modo.} e ciascun insieme viene sovrascritto per
-indicare quali sono i file descriptor pronti per le operazioni ad esso
-relative, in modo da poterli controllare con \const{FD\_ISSET}. Se invece si
-ha un timeout viene restituito un valore nullo e gli insiemi non vengono
-modificati. In caso di errore la funzione restituisce -1, ed i valori dei tre
-insiemi sono indefiniti e non si può fare nessun affidamento sul loro
-contenuto.
-
-In Linux \func{select} modifica anche il valore di \param{timeout},
-impostandolo al tempo restante in caso di interruzione prematura; questo è
-utile quando la funzione viene interrotta da un segnale, in tal caso infatti
-si ha un errore di \errcode{EINTR}, ed occorre rilanciare la funzione; in
-questo modo non è necessario ricalcolare tutte le volte il tempo
-rimanente.\footnote{questo può causare problemi di portabilità sia quando si
- trasporta codice scritto su Linux che legge questo valore, sia quando si
- usano programmi scritti per altri sistemi che non dispongono di questa
- caratteristica e ricalcolano \param{timeout} tutte le volte. In genere la
- caratteristica è disponibile nei sistemi che derivano da System V e non
- disponibile per quelli che derivano da BSD.}
-
-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
-ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
-
-Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
-tenere sotto controllo, la funzione è nata quando il kernel consentiva un
-numero massimo di 1024 file descriptor per processo, adesso che il numero può
-essere arbitario si viene a creare una dipendenza del tutto artificiale dalle
-dimensioni della struttura \type{fd\_set}, che può necessitare di essere
-estesa, con ulteriori perdite di prestazioni.
-
-Lo standard POSIX è rimasto a lungo senza primitive per l'\textit{I/O
- multiplexing}, introdotto solo con le ultime revisioni dello standard (POSIX
-1003.1g-2000 e POSIX 1003.1-2001). La scelta è stata quella di seguire
-l'interfaccia creata da BSD, ma prevede che tutte le funzioni ad esso relative
-vengano dichiarate nell'header \file{sys/select.h}, che sostituisce i
-precedenti, ed inoltre aggiunge a \func{select} una nuova funzione
-\funcd{pselect},\footnote{il supporto per lo standard POSIX 1003.1-2001, ed
- l'header \file{sys/select.h}, compaiono in Linux a partire dalle \acr{glibc}
- 2.1. Le \acr{libc4} e \acr{libc5} non contengono questo header, le
- \acr{glibc} 2.0 contengono una definizione sbagliata di \func{psignal},
- senza l'argomento \param{sigmask}, la definizione corretta è presente dalle
- \acr{glibc} 2.1-2.2.1 se si è definito \macro{\_GNU\_SOURCE} e nelle
- \acr{glibc} 2.2.2-2.2.4 se si è definito \macro{\_XOPEN\_SOURCE} con valore
- maggiore di 600.} il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/select.h}
- {int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set *exceptfds,
- struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
-
- Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
- attivo.
-
- \bodydesc{La funzione in caso di successo restituisce il numero di file
- descriptor (anche nullo) che sono attivi, e -1 in caso di errore, nel qual
- caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+\end{funcproto}
+
+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; 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. 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
+\sysctlfile{fs/inotify/max\_user\_instances}.
+
+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; 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}, ed a partire dal kernel 2.6.25 è stato
+introdotto anche il supporto per il \itindex{signal~driven~I/O}
+\texttt{signal-driven I/O}. Siccome gli eventi vengono notificati come dati
+disponibili in lettura, dette funzioni ritorneranno tutte le volte che si avrà
+un evento di notifica.
+
+Così, invece di dover utilizzare i segnali, considerati una pessima scelta dal
+punto di vista dell'interfaccia utente, si potrà gestire l'osservazione degli
+eventi con una qualunque delle modalità di \textit{I/O multiplexing}
+illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiplexing}. Qualora si voglia cessare
+l'osservazione, sarà sufficiente chiudere il file descriptor e tutte le
+risorse allocate saranno automaticamente rilasciate. Infine l'interfaccia di
+\textit{inotify} consente di mettere sotto osservazione, oltre che una
+directory, anche singoli file.
+
+Una volta creata la coda di notifica si devono definire gli eventi da tenere
+sotto osservazione; questo viene fatto attraverso una \textsl{lista di
+ osservazione} (o \textit{watch list}) che è associata alla coda. Per gestire
+la lista di osservazione l'interfaccia fornisce due funzioni di sistema, la
+prima di queste è \funcd{inotify\_add\_watch}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/inotify.h}
+\fdecl{int inotify\_add\_watch(int fd, const char *pathname, uint32\_t mask)}
+\fdesc{Aggiunge un evento di osservazione a una lista di osservazione.}
+}
+
+{La funzione ritorna un valore positivo in caso di successo, o $-1$ per un
+ errore, nel qual 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}] Si è specificato per \param{n} un valore negativo o
- un valore non valido per \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EACCES}] non si ha accesso in lettura al file indicato.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{mask} non contiene eventi legali o \param{fd}
+ non è un file descriptor di \textit{inotify}.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il numero massimo di voci di
+ osservazione o il kernel non ha potuto allocare una risorsa necessaria.
\end{errlist}
- 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
-immediatamente prima di eseguire l'attesa, e ripristinata al ritorno della
-funzione.
-
-L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di prevenire possibili
-race condition\index{\textit{race~condition}} quando ci si deve porre in
-attesa sia di un segnale che di dati. La tecnica classica è quella di
-utilizzare il gestore per impostare una variabile globale e controllare questa
-nel corpo principale del programma; abbiamo visto in
-sez.~\ref{sec:sig_example} come questo lasci spazio a possibili race
-condition, per cui diventa essenziale utilizzare \func{sigprocmask} per
-disabilitare la ricezione del segnale prima di eseguire il controllo e
-riabilitarlo dopo l'esecuzione delle relative operazioni, onde evitare
-l'arrivo di un segnale immediatamente dopo il controllo, che andrebbe perso.
-
-Nel nostro caso il problema si pone quando oltre al segnale si devono tenere
-sotto controllo anche dei file descriptor con \func{select}, in questo caso si
-può fare conto sul fatto che all'arrivo di un segnale essa verrebbe interrotta
-e si potrebbero eseguire di conseguenza le operazioni relative al segnale e
-alla gestione dati con un ciclo del tipo:
-\includecodesnip{listati/select_race.c} qui però emerge una race
-condition,\index{\textit{race~condition}} perché se il segnale arriva prima
-della chiamata a \func{select}, questa non verrà interrotta, e la ricezione
-del segnale non sarà rilevata.
-
-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 non è
- presente la relativa system call, e la funzione è implementata nelle
- \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi \texttt{man select\_tut}) per cui
- la possibilità di race condition permane; esiste però una soluzione,
- chiamata \index{\textit{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 manipolatore; 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.
-
-
-
-\subsection{La funzione \func{poll}}
-\label{sec:file_poll}
-
-Nello sviluppo di System V, invece di utilizzare l'interfaccia di
-\func{select}, che è una estensione tipica di BSD, è stata introdotta un'altra
-interfaccia, basata sulla funzione \funcd{poll},\footnote{la funzione è
- prevista dallo standard XPG4, ed è stata introdotta in Linux come system
- call a partire dal kernel 2.1.23 ed inserita nelle \acr{libc} 5.4.28.} il
-cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/poll.h}
- {int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout)}
-
- La funzione 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:
+ ed inoltre \errval{EFAULT}, \errval{ENOMEM} e \errval{EBADF} nel loro
+ significato generico.}
+\end{funcproto}
+
+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}, che 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
+ \sysctlfile{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{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & & \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'\itindex{inode} \textit{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 bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano il
+ tipo di evento da tenere sotto osservazione.}
+ \label{tab:inotify_event_watch}
+\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{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \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 bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{mask} di \func{inotify\_add\_watch} che indicano le
+ modalità di osservazione.}
+ \label{tab:inotify_add_watch_flag}
+\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 soltanto a partire dal
+ kernel 2.6.16.} una volta verificatosi uno qualunque fra gli eventi
+richiesti con \func{inotify\_add\_watch} l'\textsl{osservatore} verrà
+automaticamente rimosso dalla lista di osservazione e nessun ulteriore evento
+sarà più notificato.
+
+In caso di successo \func{inotify\_add\_watch} ritorna un intero positivo,
+detto \textit{watch descriptor}, che identifica univocamente un
+\textsl{osservatore} su una coda di notifica; esso viene usato per farvi
+riferimento sia riguardo i risultati restituiti da \textit{inotify}, che per
+la eventuale rimozione dello stesso.
+
+La seconda funzione di sistema per la gestione delle code di notifica, che
+permette di rimuovere un \textsl{osservatore}, è \funcd{inotify\_rm\_watch},
+ed il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/inotify.h}
+\fdecl{int inotify\_rm\_watch(int fd, uint32\_t wd)}
+\fdesc{Rimuove un \textsl{osservatore} da una coda di notifica.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ 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}.
+ \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}
- ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM}.}
-\end{prototype}
-
-La funzione permette di tenere sotto controllo contemporaneamente \param{ndfs}
-file descriptor, specificati attraverso il puntatore \param{ufds} ad un
-vettore di strutture \struct{pollfd}. Come con \func{select} si può
-interrompere l'attesa dopo un certo tempo, questo deve essere specificato con
-l'argomento \param{timeout} in numero di millisecondi: un valore negativo
-indica un'attesa indefinita, mentre un valore nullo comporta il ritorno
-immediato (e può essere utilizzato per impiegare \func{poll} in modalità
-\textsl{non-bloccante}).
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione rimuove dalla coda di notifica identificata dall'argomento
+\param{fd} l'osservatore identificato dal \textit{watch descriptor}
+\param{wd}; ovviamente deve essere usato per questo argomento un valore
+ritornato da \func{inotify\_add\_watch}, altrimenti si avrà un errore di
+\errval{EINVAL}. In caso di successo della rimozione, contemporaneamente alla
+cancellazione dell'osservatore, sulla coda di notifica verrà generato un
+evento di tipo \const{IN\_IGNORED} (vedi
+tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag}). Si tenga presente che se un file
+viene cancellato o un filesystem viene smontato i relativi osservatori vengono
+rimossi automaticamente e non è necessario utilizzare
+\func{inotify\_rm\_watch}.
+
+Come accennato l'interfaccia di \textit{inotify} prevede che gli eventi siano
+notificati come dati presenti in lettura sul file descriptor associato alla
+coda di notifica. Una applicazione pertanto dovrà leggere i dati da detto file
+con una \func{read}, che ritornerà sul buffer i dati presenti nella forma di
+una o più strutture di tipo \struct{inotify\_event} (la cui definizione è
+riportata in fig.~\ref{fig:inotify_event}). Qualora non siano presenti dati la
+\func{read} si bloccherà (a meno di non aver impostato il file descriptor in
+modalità non bloccante) fino all'arrivo di almeno un evento.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/pollfd.h}
+ \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
+ \includestruct{listati/inotify_event.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}
+ \caption{La struttura \structd{inotify\_event} usata dall'interfaccia di
+ \textit{inotify} per riportare gli eventi.}
+ \label{fig:inotify_event}
\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},
-prevede tre campi: in \var{fd} deve essere indicato il numero del file
-descriptor da controllare, in \var{events} deve essere specificata una
-maschera binaria di flag che indichino il tipo di evento che si vuole
-controllare, mentre in \var{revents} il kernel restituirà il relativo
-risultato. Usando un valore negativo per \param{fd} la corrispondente
-struttura sarà ignorata da \func{poll}. Dato che i dati in ingresso sono del
-tutto indipendenti da quelli in uscita (che vengono restituiti in
-\var{revents}) non è necessario reinizializzare tutte le volte il valore delle
-strutture \struct{pollfd} a meno di non voler cambiare qualche condizione.
-
-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
-suddivise in tre gruppi, nel primo gruppo si sono indicati i bit utilizzati
-per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per l'attività in
-uscita, mentre il terzo gruppo contiene dei valori che vengono utilizzati solo
-nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di errore.
+Una ulteriore caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che essa
+permette di ottenere con \func{ioctl}, come per i file descriptor associati ai
+socket (si veda sez.~\ref{sec:sock_ioctl_IP}), il numero di byte disponibili
+in lettura sul file descriptor, utilizzando su di esso l'operazione
+\const{FIONREAD}.\footnote{questa è una delle operazioni speciali per i file
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che è disponibile solo per i socket
+ e per i file descriptor creati con \func{inotify\_init}.} Si può così
+utilizzare questa operazione, oltre che per predisporre una operazione di
+lettura con un buffer di dimensioni adeguate, anche per ottenere rapidamente
+il numero di file che sono cambiati.
+
+Una volta effettuata la lettura con \func{read} a ciascun evento sarà
+associata una struttura \struct{inotify\_event} contenente i rispettivi dati.
+Per identificare a quale file o directory l'evento corrisponde viene
+restituito nel campo \var{wd} il \textit{watch descriptor} con cui il relativo
+osservatore è stato registrato. Il campo \var{mask} contiene invece una
+maschera di bit che identifica il tipo di evento verificatosi; in essa
+compariranno sia i bit elencati nella prima parte di
+tab.~\ref{tab:inotify_event_watch}, che gli eventuali valori aggiuntivi di
+tab.~\ref{tab:inotify_read_event_flag} (questi compaiono solo nel campo
+\var{mask} di \struct{inotify\_event}, e non sono utilizzabili in fase di
+registrazione dell'osservatore).
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
- \hline
- \textbf{Flag} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{POLLIN} & È possibile la lettura.\\
- \const{POLLRDNORM}& Sono disponibili in lettura dati normali.\\
- \const{POLLRDBAND}& Sono disponibili in lettura dati prioritari. \\
- \const{POLLPRI} & È possibile la lettura di dati urgenti.\\
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
\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. \\
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
- \const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
- \const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
- \const{POLLNVAL} & Il file descriptor non è aperto.\\
\hline
- \const{POLLMSG} & Definito per compatibilità con SysV.\\
+ \const{IN\_IGNORED} & L'osservatore è stato rimosso, sia in maniera
+ esplicita con l'uso di \func{inotify\_rm\_watch},
+ che in maniera implicita per la rimozione
+ dell'oggetto osservato o per lo smontaggio del
+ filesystem su cui questo si trova.\\
+ \const{IN\_ISDIR} & L'evento avvenuto fa riferimento ad una directory
+ (consente così di distinguere, quando si pone
+ sotto osservazione una directory, fra gli eventi
+ relativi ad essa e quelli relativi ai file che
+ essa contiene).\\
+ \const{IN\_Q\_OVERFLOW}& Si sono eccedute le dimensioni della coda degli
+ eventi (\textit{overflow} della coda); in questo
+ caso il valore di \var{wd} è $-1$.\footnotemark\\
+ \const{IN\_UNMOUNT} & Il filesystem contenente l'oggetto posto sotto
+ osservazione è stato smontato.\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Costanti per l'identificazione dei vari bit dei campi
- \var{events} e \var{revents} di \struct{pollfd}.}
- \label{tab:file_pollfd_flags}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit aggiuntivi usati nella maschera
+ binaria del campo \var{mask} di \struct{inotify\_event}.}
+ \label{tab:inotify_read_event_flag}
\end{table}
-Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
-compatibilità con l'implementazione di SysV che usa gli
-\textit{stream};\footnote{essi sono una interfaccia specifica di SysV non
- presente in Linux, e non hanno nulla a che fare con i file \textit{stream}
- delle librerie standard del C.} è da questi che derivano i nomi di alcune
-costanti, in quanto per essi sono definite tre classi di dati:
-\textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}. In Linux la
-distinzione ha senso solo per i dati \textit{out-of-band} dei socket (vedi
-sez.~\ref{sec:TCP_urgent_data}), ma su questo e su come \func{poll} reagisce
-alle varie condizioni dei socket torneremo in sez.~\ref{sec:TCP_serv_poll},
-dove vedremo anche un esempio del suo utilizzo. Si tenga conto comunque che le
-costanti relative ai diversi tipi di dati (come \macro{POLLRDNORM} e
-\macro{POLLRDBAND}) sono utilizzabili soltanto qualora si sia definita la
-macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.\footnote{e ci si ricordi di farlo sempre in
- testa al file, definirla soltanto prima di includere \file{sys/poll.h} non è
- sufficiente.}
-
-In caso di successo funzione ritorna restituendo il numero di file (un valore
-positivo) per i quali si è verificata una delle condizioni di attesa richieste
-o per i quali si è verificato un errore (nel qual caso vengono utilizzati i
-valori di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} esclusivi di \var{revents}). Un
-valore nullo indica che si è raggiunto il timeout, mentre un valore negativo
-indica un errore nella chiamata, il cui codice viene riportato al solito
-tramite \var{errno}.
-
-
-%\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
-%\label{sec:file_epoll}
-% placeholder ...
-
-%da fare
-
-\section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
-\label{sec:file_asyncronous_access}
-
-Benché l'\textit{I/O multiplexing} sia stata la prima, e sia tutt'ora una fra
-le più diffuse modalità di gestire l'I/O in situazioni complesse in cui si
-debba operare su più file contemporaneamente, esistono altre modalità di
-gestione delle stesse problematiche. In particolare sono importanti in questo
-contesto le modalità di accesso ai file eseguibili in maniera
-\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
-operazioni di I/O volute.
-
-
-\subsection{Operazioni asincrone sui file}
-\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},
-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.
-
-Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
-presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
-file descriptor sono più di uno, qual'è quello responsabile dell'emissione del
-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 (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
-\const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale real-time da inviare in caso di
-I/O asincrono (il segnale predefinito è \const{SIGIO}). In questo caso il
-gestore, tutte le volte che riceverà \const{SI\_SIGIO} come valore del
-campo \var{si\_code}\footnote{il valore resta \const{SI\_SIGIO} qualunque sia
- il segnale che si è associato all'I/O asincrono, ed indica appunto che il
- segnale è stato generato a causa di attività nell'I/O asincrono.} di
-\struct{siginfo\_t}, troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file
-descriptor che ha generato il segnale.
-
-Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali real-time è che essendo questi
-ultimi dotati di una coda di consegna ogni segnale sarà associato ad uno solo
-file descriptor; inoltre sarà possibile stabilire delle priorità nella
-risposta a seconda del segnale usato, dato che i segnali real-time supportano
-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.
+\footnotetext{la coda di notifica ha una dimensione massima che viene
+ controllata dal parametro di sistema
+ \sysctlfile{fs/inotify/max\_queued\_events}, che indica il numero massimo di
+ eventi che possono essere mantenuti sulla stessa; quando detto valore viene
+ ecceduto gli ulteriori eventi vengono scartati, ma viene comunque generato
+ un evento di tipo \const{IN\_Q\_OVERFLOW}.}
+
+Il campo \var{cookie} contiene invece un intero univoco che permette di
+identificare eventi correlati (per i quali avrà lo stesso valore), al momento
+viene utilizzato soltanto per rilevare lo spostamento di un file, consentendo
+così all'applicazione di collegare la corrispondente coppia di eventi
+\const{IN\_MOVED\_TO} e \const{IN\_MOVED\_FROM}.
+
+Infine due campi \var{name} e \var{len} sono utilizzati soltanto quando
+l'evento è relativo ad un file presente in una directory posta sotto
+osservazione, in tal caso essi contengono rispettivamente il nome del file
+(come \itindsub{pathname}{relativo} \textit{pathname} relativo alla directory
+osservata) e la relativa dimensione in byte. Il campo \var{name} viene sempre
+restituito come stringa terminata da NUL, con uno o più zeri di terminazione,
+a seconda di eventuali necessità di allineamento del risultato, ed il valore
+di \var{len} corrisponde al totale della dimensione di \var{name}, zeri
+aggiuntivi compresi. La stringa con il nome del file viene restituita nella
+lettura subito dopo la struttura \struct{inotify\_event}; questo significa che
+le dimensioni di ciascun evento di \textit{inotify} saranno pari a
+\code{sizeof(\struct{inotify\_event}) + len}.
+
+Vediamo allora un esempio dell'uso dell'interfaccia di \textit{inotify} con un
+semplice programma che permette di mettere sotto osservazione uno o più file e
+directory. Il programma si chiama \texttt{inotify\_monitor.c} ed il codice
+completo è disponibile coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale
+del programma, che non contiene la sezione di gestione delle opzioni e le
+funzioni di ausilio è riportato in fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
+ \includecodesample{listati/inotify_monitor.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa l'interfaccia di \textit{inotify}.}
+ \label{fig:inotify_monitor_example}
+\end{figure}
+
+Una volta completata la scansione delle opzioni il corpo del programma inizia
+controllando (\texttt{\small 11-15}) che sia rimasto almeno un argomento che
+indichi quale file o directory mettere sotto osservazione (e qualora questo
+non avvenga esce stampando la pagina di aiuto); dopo di che passa
+(\texttt{\small 16-20}) all'inizializzazione di \textit{inotify} ottenendo con
+\func{inotify\_init} il relativo file descriptor (o si esce in caso di
+errore).
+
+Il passo successivo è aggiungere (\texttt{\small 21-30}) alla coda di
+notifica gli opportuni osservatori per ciascuno dei file o directory indicati
+all'invocazione del comando; questo viene fatto eseguendo un ciclo
+(\texttt{\small 22-29}) fintanto che la variabile \var{i}, inizializzata a
+zero (\texttt{\small 21}) all'inizio del ciclo, è minore del numero totale di
+argomenti rimasti. All'interno del ciclo si invoca (\texttt{\small 23})
+\func{inotify\_add\_watch} per ciascuno degli argomenti, usando la maschera
+degli eventi data dalla variabile \var{mask} (il cui valore viene impostato
+nella scansione delle opzioni), in caso di errore si esce dal programma
+altrimenti si incrementa l'indice (\texttt{\small 29}).
+
+Completa l'inizializzazione di \textit{inotify} inizia il ciclo principale
+(\texttt{\small 32-56}) del programma, nel quale si resta in attesa degli
+eventi che si intendono osservare. Questo viene fatto eseguendo all'inizio del
+ciclo (\texttt{\small 33}) una \func{read} che si bloccherà fintanto che non
+si saranno verificati eventi.
+
+Dato che l'interfaccia di \textit{inotify} può riportare anche più eventi in
+una sola lettura, si è avuto cura di passare alla \func{read} un buffer di
+dimensioni adeguate, inizializzato in (\texttt{\small 7}) ad un valore di
+approssimativamente 512 eventi (si ricordi che la quantità di dati restituita
+da \textit{inotify} è variabile a causa della diversa lunghezza del nome del
+file restituito insieme a \struct{inotify\_event}). In caso di errore di
+lettura (\texttt{\small 35-40}) il programma esce con un messaggio di errore
+(\texttt{\small 37-39}), a meno che non si tratti di una interruzione della
+\textit{system call}, nel qual caso (\texttt{\small 36}) si ripete la lettura.
+
+Se la lettura è andata a buon fine invece si esegue un ciclo (\texttt{\small
+ 43-52}) per leggere tutti gli eventi restituiti, al solito si inizializza
+l'indice \var{i} a zero (\texttt{\small 42}) e si ripetono le operazioni
+(\texttt{\small 43}) fintanto che esso non supera il numero di byte restituiti
+in lettura. Per ciascun evento all'interno del ciclo si assegna alla variabile
+\var{event} (si noti come si sia eseguito un opportuno \textit{casting} del
+puntatore) l'indirizzo nel buffer della corrispondente struttura
+\struct{inotify\_event} (\texttt{\small 44}), e poi si stampano il numero di
+\textit{watch descriptor} (\texttt{\small 45}) ed il file a cui questo fa
+riferimento (\texttt{\small 46}), ricavato dagli argomenti passati a riga di
+comando sfruttando il fatto che i \textit{watch descriptor} vengono assegnati
+in ordine progressivo crescente a partire da 1.
+
+Qualora sia presente il riferimento ad un nome di file associato all'evento lo
+si stampa (\texttt{\small 47-49}); si noti come in questo caso si sia
+controllato il valore del campo \var{event->len} e non il fatto che
+\var{event->name} riporti o meno un puntatore nullo. L'interfaccia infatti,
+qualora il nome non sia presente, non tocca il campo \var{event->name}, che
+si troverà pertanto a contenere quello che era precedentemente presente nella
+rispettiva locazione di memoria, nel caso più comune il puntatore al nome di
+un file osservato in precedenza.
+
+Si utilizza poi (\texttt{\small 50}) la funzione \code{printevent}, che
+interpreta il valore del campo \var{event->mask}, per stampare il tipo di
+eventi accaduti.\footnote{per il relativo codice, che non riportiamo in quanto
+ non essenziale alla comprensione dell'esempio, si possono utilizzare
+ direttamente i sorgenti allegati alla guida.} Infine (\texttt{\small 51}) si
+provvede ad aggiornare l'indice \var{i} per farlo puntare all'evento
+successivo.
+
+Se adesso usiamo il programma per mettere sotto osservazione una directory, e
+da un altro terminale eseguiamo il comando \texttt{ls} otterremo qualcosa del
+tipo di:
+\begin{Console}
+piccardi@gethen:~/gapil/sources$ \textbf{./inotify_monitor -a /home/piccardi/gapil/}
+Watch descriptor 1
+Observed event on /home/piccardi/gapil/
+IN_OPEN,
+Watch descriptor 1
+Observed event on /home/piccardi/gapil/
+IN_CLOSE_NOWRITE,
+\end{Console}
+%$
+
+I lettori più accorti si saranno resi conto che nel ciclo di lettura degli
+eventi appena illustrato non viene trattato il caso particolare in cui la
+funzione \func{read} restituisce in \var{nread} un valore nullo. Lo si è fatto
+perché con \textit{inotify} il ritorno di una \func{read} con un valore nullo
+avviene soltanto, come forma di avviso, quando si sia eseguita la funzione
+specificando un buffer di dimensione insufficiente a contenere anche un solo
+evento. Nel nostro caso le dimensioni erano senz'altro sufficienti, per cui
+tale evenienza non si verificherà mai.
+
+Ci si potrà però chiedere cosa succede se il buffer è sufficiente per un
+evento, ma non per tutti gli eventi verificatisi. Come si potrà notare nel
+codice illustrato in precedenza non si è presa nessuna precauzione per
+verificare che non ci fossero stati troncamenti dei dati. Anche in questo caso
+il comportamento scelto è corretto, perché l'interfaccia di \textit{inotify}
+garantisce automaticamente, anche quando ne sono presenti in numero maggiore,
+di restituire soltanto il numero di eventi che possono rientrare completamente
+nelle dimensioni del buffer specificato.\footnote{si avrà cioè, facendo
+ riferimento sempre al codice di fig.~\ref{fig:inotify_monitor_example}, che
+ \var{read} sarà in genere minore delle dimensioni di \var{buffer} ed uguale
+ soltanto qualora gli eventi corrispondano esattamente alle dimensioni di
+ quest'ultimo.} Se gli eventi sono di più saranno restituiti solo quelli che
+entrano interamente nel buffer e gli altri saranno restituiti alla successiva
+chiamata di \func{read}.
+
+Infine un'ultima caratteristica dell'interfaccia di \textit{inotify} è che gli
+eventi restituiti nella lettura formano una sequenza ordinata, è cioè
+garantito che se si esegue uno spostamento di un file gli eventi vengano
+generati nella sequenza corretta. L'interfaccia garantisce anche che se si
+verificano più eventi consecutivi identici (vale a dire con gli stessi valori
+dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
+raggruppati in un solo evento.
+
+\itindend{inotify}
+
+% TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e
+% http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
\subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
\label{sec:file_asyncronous_io}
-Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
-dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
- asincrono}. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le funzioni
-di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di ritornare,
-così che il processo non viene bloccato. In questo modo diventa ad esempio
-possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da poter
-effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
-
-Benché la modalità di apertura asincrona di un file possa risultare utile in
-varie occasioni (in particolar modo con i socket\index{socket} e gli altri
-file per i quali le funzioni di I/O sono \index{system~call~lente}system call
-lente), essa è comunque limitata alla notifica della disponibilità del file
-descriptor per le operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle
-medesime. Lo standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O
-asincrono vero e proprio, che prevede un insieme di funzioni dedicate per la
-lettura e la scrittura dei file, completamente separate rispetto a quelle
-usate normalmente.
-
-In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
-implementata sia direttamente nel kernel, che in user space attraverso l'uso
-di thread. Al momento esiste una sola versione stabile di questa interfaccia,
-quella delle \acr{glibc}, che è realizzata completamente in user space, ed
-accessibile linkando i programmi con la libreria \file{librt}. Nei kernel
-della nuova serie è stato anche introdotta (a partire dal 2.5.32) un nuovo
-layer per l'I/O asincrono.
-
-Lo standard prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano controllate
-attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui nome sta per
-\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 fig.~\ref{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.
+Una modalità alternativa all'uso dell'\textit{I/O multiplexing} per gestione
+dell'I/O simultaneo su molti file è costituita dal cosiddetto \textsl{I/O
+ asincrono} o ``AIO''. Il concetto base dell'\textsl{I/O asincrono} è che le
+funzioni di I/O non attendono il completamento delle operazioni prima di
+ritornare, così che il processo non viene bloccato. In questo modo diventa ad
+esempio possibile effettuare una richiesta preventiva di dati, in modo da
+poter effettuare in contemporanea le operazioni di calcolo e quelle di I/O.
+
+Benché la modalità di apertura asincrona di un file vista in
+sez.~\ref{sec:signal_driven_io} possa risultare utile in varie occasioni (in
+particolar modo con i socket e gli altri file per i quali le funzioni di I/O
+sono \index{system~call~lente} \textit{system call} lente), essa è comunque
+limitata alla notifica della disponibilità del file descriptor per le
+operazioni di I/O, e non ad uno svolgimento asincrono delle medesime. Lo
+standard POSIX.1b definisce una interfaccia apposita per l'I/O asincrono vero
+e proprio,\footnote{questa è stata ulteriormente perfezionata nelle successive
+ versioni POSIX.1-2001 e POSIX.1-2008.} che prevede un insieme di funzioni
+dedicate per la lettura e la scrittura dei file, completamente separate
+rispetto a quelle usate normalmente.
+
+In generale questa interfaccia è completamente astratta e può essere
+implementata sia direttamente nel kernel che in \textit{user space} attraverso
+l'uso di \itindex{thread} \textit{thread}. Per le versioni del kernel meno
+recenti esiste una implementazione di questa interfaccia fornita completamente
+delle \acr{glibc} a partire dalla versione 2.1, che è realizzata completamente
+in \textit{user space}, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
+\file{librt}. A partire dalla versione 2.5.32 è stato introdotto nel kernel
+una nuova infrastruttura per l'I/O asincrono, ma ancora il supporto è parziale
+ed insufficiente ad implementare tutto l'AIO POSIX.
+
+Lo standard POSIX prevede che tutte le operazioni di I/O asincrono siano
+controllate attraverso l'uso di una apposita struttura \struct{aiocb} (il cui
+nome sta per \textit{asyncronous I/O control block}), che viene passata come
+argomento a tutte le funzioni dell'interfaccia. La sua definizione, come
+effettuata in \headfile{aio.h}, è riportata in
+fig.~\ref{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{minipage}[c]{0.90\textwidth}
\includestruct{listati/aiocb.h}
- \end{minipage}
+ \end{minipage}
\normalsize
\caption{La struttura \structd{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
+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
+terminali e \textit{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
+che più operazioni possono essere eseguita in maniera asincrona, il concetto
di posizione corrente sul file viene a mancare; pertanto si deve sempre
specificare nel campo \var{aio\_offset} la posizione sul file da cui i dati
saranno letti o scritti. Nel campo \var{aio\_buf} deve essere specificato
l'indirizzo del buffer usato per l'I/O, ed in \var{aio\_nbytes} la lunghezza
del blocco di dati da trasferire.
-Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
-di I/O.\footnote{in generale perché ciò sia possibile occorre che la
- piattaforma supporti questa caratteristica, questo viene indicato definendo
- le macro \macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e
- \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING}.} La priorità viene impostata a
-partire da quella del processo chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}),
-cui viene sottratto il valore di questo campo. Il campo
-\var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione \func{lio\_listio}, che,
-come vedremo, 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}
- \includestruct{listati/sigevent.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{sigevent}, usata per specificare le modalità
- di notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
- \label{fig:file_sigevent}
-\end{figure}
-
-Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
-che serve a specificare il modo in cui si vuole che venga effettuata la
-notifica del completamento delle operazioni richieste. La struttura è
-riportata in fig.~\ref{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{2.6cm}}
-\item[\const{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
-\item[\const{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
- chiamante il segnale specificato da \var{sigev\_signo}; se il gestore di
- questo è stato installato con \const{SA\_SIGINFO} gli verrà restituito il
- valore di \var{sigev\_value} (la cui definizione è in
- fig.~\ref{fig:sig_sigval}) come valore del campo \var{si\_value} di
- \struct{siginfo\_t}.
-\item[\const{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
- thread che esegue la funzione specificata da \var{sigev\_notify\_function}
- con argomento \var{sigev\_value}, e con gli attributi specificati da
- \var{sigev\_notify\_attribute}.
-\end{basedescript}
+Il campo \var{aio\_reqprio} permette di impostare la priorità delle operazioni
+di I/O, in generale perché ciò sia possibile occorre che la piattaforma
+supporti questa caratteristica, questo viene indicato dal fatto che le macro
+\macro{\_POSIX\_PRIORITIZED\_IO}, e \macro{\_POSIX\_PRIORITY\_SCHEDULING} sono
+definite. La priorità viene impostata a partire da quella del processo
+chiamante (vedi sez.~\ref{sec:proc_priority}), cui viene sottratto il valore
+di questo campo. Il campo \var{aio\_lio\_opcode} è usato solo dalla funzione
+\func{lio\_listio}, che, come vedremo, 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.
+
+Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
+(illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
+modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
+operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
+stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
\funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}. Esse permettono di richiedere una
-lettura od una scrittura asincrona di dati, usando la struttura \struct{aiocb}
+lettura od una scrittura asincrona di dati usando la struttura \struct{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}.
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{int aio\_read(struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Richiede una lettura asincrona.}
+\fdecl{int aio\_write(struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Richiede una scrittura asincrona.}
+}
- \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} assumerà uno dei valori:
+{Le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] Si è specificato un file descriptor sbagliato.
- \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato un valore non valido per i campi
+ \item[\errcode{EAGAIN}] la coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \item[\errcode{EBADF}] si è specificato un file descriptor sbagliato.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per i campi
\var{aio\_offset} o \var{aio\_reqprio} di \param{aiocbp}.
- \item[\errcode{EAGAIN}] La coda delle richieste è momentaneamente piena.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
\end{errlist}
}
-\end{functions}
+\end{funcproto}
+
Entrambe le funzioni ritornano immediatamente dopo aver messo in coda la
-richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
+richiesta, o in caso di errore. Non è detto che gli errori \errcode{EBADF} ed
\errcode{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
-sez.~\ref{sec:file_open}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
-comunque alla fine de file, nell'ordine delle chiamate a \func{aio\_write}.
+sez.~\ref{sec:file_open_close}), nel qual caso le scritture vengono effettuate
+comunque alla fine del 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 non si devono usare per \param{aiocbp}
-variabili automatiche e che non si deve riutilizzare la stessa struttura per
-un'altra operazione fintanto che la precedente non sia stata ultimata. In
-generale per ogni operazione si deve utilizzare una diversa struttura
-\struct{aiocb}.
-
-Dato che si opera in modalità asincrona, il successo di \func{aio\_read} o
+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 non si devono usare per \param{aiocbp}
+\index{variabili!automatiche} variabili automatiche e che non si deve
+riutilizzare la stessa struttura per un'altra operazione fintanto che la
+precedente non sia stata ultimata. In generale per ogni operazione si deve
+utilizzare una diversa struttura \struct{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 \funcd{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)}
+prima è \funcd{aio\_error}, che serve a determinare un eventuale stato di
+errore; il suo prototipo è:
- Determina lo stato di errore delle operazioni di I/O associate a
- \param{aiocbp}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 se le operazioni si sono concluse con
- successo, altrimenti restituisce il codice di errore relativo al loro
- fallimento.}
-\end{prototype}
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{int aio\_error(const struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Determina lo stato di errore di una operazione di I/O asincrono.}
+}
-Se l'operazione non si è ancora completata viene restituito l'errore di
-\errcode{EINPROGRESS}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
+{La funzione ritorna $0$ se le operazioni si sono concluse con successo,
+ altrimenti restituisce \errval{EINPROGRESS} se non sono concluse,
+ \errcode{ECANCELED} se sono state cancellate o il relativo codice di errore
+ se sono fallite.}
+\end{funcproto}
+
+Se l'operazione non si è ancora completata viene sempre restituito l'errore di
+\errcode{EINPROGRESS}, mentre se è stata cancellata ritorna
+\errcode{ECANCELED}. La funzione ritorna zero quando l'operazione si è
conclusa con successo, altrimenti restituisce il codice dell'errore
verificatosi, ed esegue la corrispondente impostazione di \var{errno}. Il
-codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{EBADF}, dovuti ad un valore
+codice può essere sia \errcode{EINVAL} ed \errcode{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}.
+del caso, i codici di errore delle \textit{system call} \func{read},
+\func{write}, \func{fsync} e \func{fdatasync}.
-Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
+Una volta che si sia certi che le operazioni siano state concluse (cioè dopo
che una chiamata ad \func{aio\_error} non ha restituito
-\errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{aio\_return}, che
+\errcode{EINPROGRESS}), si potrà usare la funzione \funcd{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)}
+suo prototipo è:
-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}
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{ssize\_t aio\_return(const struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Ottiene lo stato dei risultati di una operazione di I/O asincrono.}
+}
-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 ritorna lo stato di uscita dell'operazione eseguita (il valore
+ che avrebbero restituito le equivalenti funzioni eseguite in maniera
+ sincrona).}
+\end{funcproto}
+
+La funzione recupera il valore dello stato di ritorno delle operazioni di I/O
+associate a \param{aiocbp} e deve essere chiamata una sola volta 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
+verificandolo con \func{aio\_error}, ed usarla una sola volta. Una chiamata
+precedente il completamento delle operazioni darebbe risultati indeterminati,
+così come chiamarla più di una volta.
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.
+così come ricavato dalla sottostante \textit{system call} (il numero di byte
+letti, scritti o il valore di ritorno di \func{fsync} o \func{fdatasync}). 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,
-compiuta dalla funzione \func{aio\_fsync}, che ha lo stesso effetto della
+compiuta dalla funzione \funcd{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}
-{int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)}
+è:
-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},
- \errval{EAGAIN}, \errval{EBADF} o \errval{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 \const{O\_DSYNC} le
-operazioni saranno completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si
-specifica \const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
-sez.~\ref{sec:file_sync}).
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{int aio\_fsync(int op, struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Richiede la sincronizzazione dei dati su disco.}
+}
-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.
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà gli stessi valori visti \func{aio\_read} con lo
+ stesso significato.
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede la sincronizzazione dei dati delle operazioni di I/O
+relative al file descriptor indicato in \texttt{aiocbp->aio\_fildes},
+ritornando immediatamente. Si tenga presente che la funzione mette
+semplicemente in coda la richiesta, 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 \const{O\_DSYNC} le operazioni saranno
+completate con una chiamata a \func{fdatasync}, se si specifica
+\const{O\_SYNC} con una chiamata a \func{fsync} (per i dettagli vedi
+sez.~\ref{sec:file_sync}).
-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
+Il successo della chiamata assicura la richiesta di sincronizzazione dei dati
+relativi operazioni di I/O asincrono richieste fino a quel momento, 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 (\texttt{aio\_sigevent} è l'unico altro campo
+di \param{aiocbp} che viene usato.
+
+In alcuni casi può essere necessario interrompere le operazioni di I/O (in
+genere quando viene richiesta un'uscita immediata dal programma), per questo
+lo 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}
-{int aio\_cancel(int fildes, struct aiocb *aiocbp)}
+prototipo è:
-Richiede la cancellazione delle operazioni sul file \param{fildes} specificate
-da \param{aiocbp}.
-
-\bodydesc{La funzione restituisce il risultato dell'operazione con un codice
- di positivo, e -1 in caso di errore, che avviene qualora si sia specificato
- un valore non valido di \param{fildes}, imposta \var{errno} al valore
- \errval{EBADF}.}
-\end{prototype}
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{int aio\_cancel(int fd, struct aiocb *aiocbp)}
+\fdesc{Richiede la cancellazione delle operazioni di I/O asincrono.}
+}
+
+{La funzione ritorna un intero positivo che indica il risultato
+ dell'operazione in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual caso
+ \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor valido.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
La funzione permette di cancellare una operazione specifica sul file
-\param{fildes}, o tutte le operazioni pendenti, specificando \val{NULL} come
-valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione viene cancellata una
-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}):
+\param{fd}, idicata con \param{aiocbp}, o tutte le operazioni pendenti,
+specificando \val{NULL} come valore di \param{aiocbp}. Quando una operazione
+viene cancellata una successiva chiamata ad \func{aio\_error} riporterà
+\errcode{ECANCELED} come codice di errore, ed mentre il valore di ritorno per
+\func{aio\_return} sarà $-1$, inoltre il meccanismo di notifica non verrà
+invocato. Se con \param{aiocbp} si specifica una operazione relativa ad un
+file descriptor diverso da \param{fd} il risultato è indeterminato. In caso
+di successo, i possibili valori di ritorno per \func{aio\_cancel} (anch'essi
+definiti in \headfile{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,
+\item[\const{AIO\_ALLDONE}] indica che le operazioni di cui si è richiesta la
+ cancellazione sono state già completate,
\item[\const{AIO\_CANCELED}] indica che tutte le operazioni richieste sono
state cancellate,
corso e non sono state cancellate.
\end{basedescript}
-Nel caso si abbia \const{AIO\_NOTCANCELED} occorrerà chiamare
+Nel caso si abbia \const{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
+Benché l'I/O asincrono preveda un meccanismo di notifica, l'interfaccia
fornisce anche una apposita funzione, \funcd{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} assumerà uno
- dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
- \param{timeout}.
- \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \end{errlist}
- }
-\end{prototype}
+specifica operazione; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{int aio\_suspend(const struct aiocb * const list[], int nent, \\
+\phantom{int aio\_suspend(}const struct timespec *timeout)}
+\fdesc{Attende il completamento di una operazione di I/O asincrono.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ se una (o più) operazioni sono state completate e
+ $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
+ \param{timeout}.
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
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 \struct{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
-\val{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout.
+\param{nent} operazioni specificate nella lista \param{list} è completata, per
+un tempo massimo specificato dalla struttura \struct{timespec} puntata
+da \param{timout}, o fintanto che non arrivi un segnale (si tenga conto che
+questo segnale potrebbe essere anche quello utilizzato come meccanismo di
+notifica). La lista deve essere inizializzata con delle strutture
+\struct{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 \val{NULL} per \param{timout} comporta l'assenza di timeout, mentre
+se si vuole effettuare un \textit{polling} sulle operazioni occorrerà
+specificare un puntatore valido ad una struttura \texttt{timespec} (vedi
+fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) contenente valori nulli, e verificare poi
+con \func{aio\_error} quale delle operazioni della lista \param{list} è stata
+completata.
Lo standard POSIX.1b infine ha previsto pure una funzione, \funcd{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
+lettura o scrittura; il suo prototipo è:
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{aio.h}
+\fdecl{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} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EAGAIN}] Nessuna operazione è stata completata entro
+
+\fdesc{Richiede l'esecuzione di una serie di operazioni di I/O.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] nessuna operazione è stata completata entro
\param{timeout}.
- \item[\errcode{EINVAL}] Si è passato un valore di \param{mode} non valido
+ \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è passato un valore di \param{mode} non valido
o un numero di operazioni \param{nent} maggiore di
\const{AIO\_LISTIO\_MAX}.
- \item[\errcode{ENOSYS}] La funzione non è implementata.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
- \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:
+ \item[\errcode{ENOSYS}] la funzione non è implementata.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione esegue la richiesta delle \param{nent} operazioni indicate nella
+lista \param{list} un vettore di puntatori a strutture \struct{aiocb}
+indicanti le operazioni da compiere (che verranno eseguite senza un ordine
+particolare). La lista può contenere anche puntatori nulli, che saranno
+ignorati (si possono così eliminare facilmente componenti della lista senza
+doverla rigenerare).
+
+Ciascuna struttura \struct{aiocb} della lista deve contenere un
+\textit{control block} opportunamente inizializzato; in particolare per
+ognuna di esse 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.
+na 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 \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}.
-
-
-\section{Altre modalità di I/O avanzato}
+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} 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}.
+
+% TODO: trattare libaio e le system call del kernel per l'I/O asincrono, vedi
+% http://lse.sourceforge.net/io/aio.html,
+% http://webfiveoh.com/content/guides/2012/aug/mon-13th/linux-asynchronous-io-and-libaio.html,
+% https://code.google.com/p/kernel/wiki/AIOUserGuide,
+% http://bert-hubert.blogspot.de/2012/05/on-linux-asynchronous-file-io.html
+
+
+\section{Altre modalità di I/O avanzato}
\label{sec:file_advanced_io}
-Oltre alle precedenti modalità di \textit{I/O multiplexing} e \textsl{I/O
- asincrono}, esistono altre funzioni che implementano delle modalità di
-accesso ai file più evolute rispetto alle normali funzioni di lettura e
-scrittura che abbiamo esaminato in sez.~\ref{sec:file_base_func}. In questa
-sezione allora prenderemo in esame le interfacce per l'\textsl{I/O
- vettorizzato} e per l'\textsl{I/O mappato in memoria}.
-
-
-\subsection{I/O vettorizzato}
-\label{sec:file_multiple_io}
-
-Un caso abbastanza comune è quello in cui ci si trova a dover eseguire una
-serie multipla di operazioni di I/O, come una serie di letture o scritture di
-vari buffer. Un esempio tipico è quando i dati sono strutturati nei campi di
-una struttura ed essi devono essere caricati o salvati su un file. Benché
-l'operazione sia facilmente eseguibile attraverso una serie multipla di
-chiamate, ci sono casi in cui si vuole poter contare sulla atomicità delle
-operazioni.
-
-Per questo motivo BSD 4.2\footnote{Le due funzioni sono riprese da BSD4.4 ed
- integrate anche dallo standard Unix 98. Fino alle libc5, Linux usava
- \type{size\_t} come tipo dell'argomento \param{count}, una scelta logica,
- che però è stata dismessa per restare aderenti allo standard.} ha introdotto
-due nuove system call, \funcd{readv} e \funcd{writev}, che permettono di
-effettuare con una sola chiamata una lettura o una scrittura su una serie di
-buffer (quello che viene chiamato \textsl{I/O vettorizzato}. I relativi
-prototipi sono:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/uio.h}
-
- \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)} 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}
- 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.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EISDIR}, \errval{ENOMEM}, \errval{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 \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.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/iovec.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
- vettorizzato.}
- \label{fig:file_iovec}
-\end{figure}
-
-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}.
+Oltre alle precedenti modalità di \textit{I/O multiplexing} e \textsl{I/O
+ asincrono}, esistono altre funzioni che implementano delle modalità di
+accesso ai file più evolute rispetto alle normali funzioni di lettura e
+scrittura che abbiamo esaminato in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}. In
+questa sezione allora prenderemo in esame le interfacce per l'\textsl{I/O
+ mappato in memoria}, per l'\textsl{I/O vettorizzato} e altre funzioni di I/O
+avanzato.
\subsection{File mappati in memoria}
\label{sec:file_memory_map}
-Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
-rispetto a quella classica vista in cap.~\ref{cha:file_unix_interface}, è il
-cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che, attraverso il meccanismo della
-\textsl{paginazione}\index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
-sez.~\ref{sec:proc_mem_gen}), permette di \textsl{mappare} il contenuto di un
-file in una sezione dello spazio di indirizzi del processo.
-
-Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
-file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
-programma. Tutte le operazioni di lettura e scrittura su variabili contenute
-in questa zona di memoria verranno eseguite leggendo e scrivendo dal contenuto
-del file attraverso il sistema della memoria virtuale\index{memoria~virtuale}
-che in maniera analoga a quanto avviene per le pagine che vengono salvate e
-rilette nella swap, si incaricherà di sincronizzare il contenuto di quel
-segmento di memoria con quello del file mappato su di esso. Per questo motivo
-si può parlare tanto di \textsl{file mappato in memoria}, quanto di
-\textsl{memoria mappata su file}.
+\itindbeg{memory~mapping}
+Una modalità alternativa di I/O, che usa una interfaccia completamente diversa
+rispetto a quella classica vista in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}, è il
+cosiddetto \textit{memory-mapped I/O}, che attraverso il meccanismo della
+\textsl{paginazione} \index{paginazione} usato dalla memoria virtuale (vedi
+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=14cm]{img/mmap_layout}
+ \includegraphics[width=12cm]{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-mappung} 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
+Il meccanismo è illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, una sezione del
+file viene \textsl{mappata} direttamente nello spazio degli indirizzi del
+programma. Tutte le operazioni di lettura e scrittura su variabili contenute
+in questa zona di memoria verranno eseguite leggendo e scrivendo dal contenuto
+del file attraverso il sistema della memoria virtuale illustrato in
+sez.~\ref{sec:proc_mem_gen} che in maniera analoga a quanto avviene per le
+pagine che vengono salvate e rilette nella \textit{swap}, si incaricherà di
+sincronizzare il contenuto di quel segmento di memoria con quello del file
+mappato su di esso. Per questo motivo si può parlare tanto di \textsl{file
+ mappato in memoria}, quanto di \textsl{memoria mappata su file}.
+
+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
acceduti direttamente nella sezione di memoria mappata; inoltre questa
-interfaccia è più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette
+interfaccia è più efficiente delle usuali funzioni di I/O, in quanto permette
di caricare in memoria solo le parti del file che sono effettivamente usate ad
un dato istante.
-Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la memoria
-virtuale,\index{memoria~virtuale} la sezione di memoria mappata su cui si
-opera sarà a sua volta letta o scritta sul file una pagina alla volta e solo
-per le parti effettivamente usate, il tutto in maniera completamente
-trasparente al processo; l'accesso alle pagine non ancora caricate avverrà
-allo stesso modo con cui vengono caricate in memoria le pagine che sono state
-salvate sullo swap.
-
-Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un file
-vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi vengono
-scritte sulla swap; questo consente di accedere ai file su dimensioni il cui
-solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
+Infatti, dato che l'accesso è fatto direttamente attraverso la memoria
+virtuale, la sezione di memoria mappata su cui si opera sarà a sua volta letta
+o scritta sul file una pagina alla volta e solo per le parti effettivamente
+usate, il tutto in maniera completamente trasparente al processo; l'accesso
+alle pagine non ancora caricate avverrà allo stesso modo con cui vengono
+caricate in memoria le pagine che sono state salvate sullo \textit{swap}.
+
+Infine in situazioni in cui la memoria è scarsa, le pagine che mappano un file
+vengono salvate automaticamente, così come le pagine dei programmi vengono
+scritte sulla \textit{swap}; questo consente di accedere ai file su dimensioni
+il cui solo limite è quello dello spazio di indirizzi disponibile, e non della
memoria su cui possono esserne lette delle porzioni.
-L'interfaccia POSIX implementata da Linux prevede varie funzioni per la
-gestione del \textit{memory mapped I/O}, la prima di queste, che serve ad
-eseguire la mappatura in memoria di un file, è \funcd{mmap}; il suo prototipo
-è:
-\begin{functions}
-
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
+L'interfaccia POSIX implementata da Linux prevede varie funzioni di sistema
+per la gestione del \textit{memory mapped I/O}, la prima di queste, che serve
+ad eseguire la mappatura in memoria di un file, è \funcd{mmap}; il suo
+prototipo è:
- \funcdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
+\begin{funcproto}{
+%\fhead{unistd.h}
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
fd, off\_t offset)}
-
- Esegue la mappatura in memoria del file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria mappata
- in caso di successo, e \const{MAP\_FAILED} (-1) in caso di errore, nel
- qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] Il file descriptor non è valido, e non si è usato
- \const{MAP\_ANONYMOUS}.
+\fdesc{Esegue la mappatura in memoria di una sezione di un file.}
+}
+
+{La funzione ritorna il puntatore alla zona di memoria mappata in caso di
+ successo, e \const{MAP\_FAILED} (\texttt{(void *) -1}) per un errore, nel
+ qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
\item[\errcode{EACCES}] o \param{fd} non si riferisce ad un file regolare,
- o si è usato \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è aperto in lettura,
- o si è usato \const{MAP\_SHARED} e impostato \const{PROT\_WRITE} ed
- \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o si è impostato
- \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in \textit{append-only}.
- \item[\errcode{EINVAL}] I valori di \param{start}, \param{length} o
+ o si è usato \const{MAP\_PRIVATE} ma \param{fd} non è aperto in lettura,
+ o si è usato \const{MAP\_SHARED} e impostato \const{PROT\_WRITE} ed
+ \param{fd} non è aperto in lettura/scrittura, o si è impostato
+ \const{PROT\_WRITE} ed \param{fd} è in \textit{append-only}.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria
+ rispetto a quanto consentito dai limiti di sistema (vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor non è valido, e non si è usato
+ \const{MAP\_ANONYMOUS}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] i valori di \param{start}, \param{length} o
\param{offset} non sono validi (o troppo grandi o non allineati sulla
- dimensione delle pagine).
- \item[\errcode{ETXTBSY}] Si è impostato \const{MAP\_DENYWRITE} ma
- \param{fd} è aperto in scrittura.
- \item[\errcode{EAGAIN}] Il file è bloccato, o si è bloccata troppa memoria.
- \item[\errcode{ENOMEM}] Non c'è memoria o si è superato il limite sul
- numero di mappature possibili.
- \item[\errcode{ENODEV}] Il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
+ dimensione delle pagine), o \param{lengh} è zero (solo dal 2.6.12)
+ o \param{flags} contiene sia \const{MAP\_PRIVATE} che
+ \const{MAP\_SHARED} o nessuno dei due.
+ \item[\errcode{ENFILE}] si è superato il limite del sistema sul numero di
+ file aperti (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}).
+ \item[\errcode{ENODEV}] il filesystem di \param{fd} non supporta il memory
mapping.
- \end{errlist}
- }
-\end{functions}
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria o si è superato il limite sul
+ numero di mappature possibili.
+ \item[\errcode{EOVERFLOW}] su architettura a 32 bit con il supporto per i
+ \textit{large file} (che hanno una dimensione a 64 bit) il numero di
+ pagine usato per \param{lenght} aggiunto a quello usato
+ per \param{offset} eccede i 32 bit (\texttt{unsigned long}).
+ \item[\errcode{EPERM}] l'argomento \param{prot} ha richiesto
+ \const{PROT\_EXEC}, ma il filesystem di \param{fd} è montato con
+ l'opzione \texttt{noexec}.
+ \item[\errcode{ETXTBSY}] si è impostato \const{MAP\_DENYWRITE} ma
+ \param{fd} è aperto in scrittura.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
-partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
-all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
-multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
-
+partire da \param{offset} per \param{length} byte, preferibilmente
+all'indirizzo \param{start}. Il valore \param{start} viene normalmente
+considerato come un suggerimento, ma l'uso di un qualunque valore diverso da
+\val{NULL}, in cui si rimette completamente al kernel la scelta
+dell'indirizzo, viene sconsigliato per ragioni di portabilità. Il valore
+di \param{offset} deve essere un multiplo della dimensione di una pagina di
+memoria.
\begin{table}[htb]
\centering
\const{PROT\_EXEC} & Le pagine possono essere eseguite.\\
\const{PROT\_READ} & Le pagine possono essere lette.\\
\const{PROT\_WRITE} & Le pagine possono essere scritte.\\
- \const{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
+ \const{PROT\_NONE} & L'accesso alle pagine è vietato.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Valori dell'argomento \param{prot} di \func{mmap}, relativi alla
\label{tab:file_mmap_prot}
\end{table}
-
-Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{in Linux
- la memoria reale è divisa in pagine: ogni processo vede la sua memoria
- attraverso uno o più segmenti lineari di memoria virtuale. Per ciascuno di
- questi segmenti il kernel mantiene nella \textit{page table} la mappatura
- sulle pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura,
- esecuzione, scrittura); una loro violazione causa quella che si chiama una
- \textit{segment violation}, e la relativa emissione del segnale
- \const{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria e deve essere
-specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori
-riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}; il valore specificato deve essere
-compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il file.
-
-L'argomento \param{flags} specifica infine qual'è il tipo di oggetto mappato,
-le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
-modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
-mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
-come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
-tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}.
-
-\begin{table}[htb]
+Il valore dell'argomento \param{prot} indica la protezione\footnote{come
+ accennato in sez.~\ref{sec:proc_memory} in Linux la memoria reale è divisa
+ in pagine, ogni processo vede la sua memoria attraverso uno o più segmenti
+ lineari di memoria virtuale; per ciascuno di questi segmenti il kernel
+ mantiene nella \textit{page table} la mappatura sulle pagine di memoria
+ reale, ed le modalità di accesso (lettura, esecuzione, scrittura); una loro
+ violazione causa quella una \textit{segment violation}, e la relativa
+ emissione del segnale \signal{SIGSEGV}.} da applicare al segmento di memoria
+e deve essere specificato come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più
+dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}; il valore specificato
+deve essere compatibile con la modalità di accesso con cui si è aperto il
+file.
+
+\begin{table}[!htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
+ \const{MAP\_32BIT} & Esegue la mappatura sui primi 2Gb dello spazio
+ degli indirizzi, viene supportato solo sulle
+ piattaforme \texttt{x86-64} per compatibilità con
+ le applicazioni a 32 bit. Viene ignorato se si è
+ richiesto \const{MAP\_FIXED} (dal kernel 2.4.20).\\
+ \const{MAP\_ANON} & Sinonimo di \const{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
+ \const{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
+ argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
+ ignorati. L'uso di questo flag con
+ \const{MAP\_SHARED} è stato implementato in Linux
+ a partire dai kernel della serie 2.4.x.\\
+ \const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
+ \textit{DoS}
+ (veniva usato per segnalare che tentativi di
+ scrittura sul file dovevano fallire con
+ \errcode{ETXTBSY}).\\
+ \const{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato.\\
+ \const{MAP\_FILE} & Valore di compatibilità, ignorato.\\
\const{MAP\_FIXED} & Non permette di restituire un indirizzo diverso
- da \param{start}, se questo non può essere usato
+ 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. \\
- \const{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
- riportati sul file e saranno immediatamente
- visibili agli altri processi che mappano lo stesso
- file.\footnotemark Il file su disco però non sarà
- aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
- \func{unmap}), e solo allora le modifiche saranno
- visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
- con \const{MAP\_PRIVATE}. \\
+ alle dimensioni di una pagina.\\
+ \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \textit{stack}.
+ Indica che la mappatura deve essere effettuata
+ con gli indirizzi crescenti verso il basso.\\
+ \const{MAP\_HUGETLB} & Esegue la mappatura usando le cosiddette
+ ``\textit{huge pages}'' (dal kernel 2.6.32).\\
+ \const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo \textit{swapping} delle
+ pagine mappate (dal kernel 2.5.37).\\
+ \const{MAP\_NONBLOCK} & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
+ non causa I/O (dal kernel 2.5.46).\\
+ \const{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \const{MAP\_PRIVATE}. Non riserva
+ delle pagine di \textit{swap} ad uso del meccanismo
+ del \textit{copy on write}
+ per mantenere le modifiche fatte alla regione
+ mappata, in questo caso dopo una scrittura, se
+ non c'è più memoria disponibile, si ha
+ l'emissione di un \signal{SIGSEGV}.\\
+ \const{MAP\_POPULATE} & Esegue il \textit{prefaulting} delle pagine di
+ memoria necessarie alla mappatura (dal kernel
+ 2.5.46).\\
\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
- accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso
- il meccanismo del \textit{copy on
- write}\index{\textit{copy~on~write}} e
- salvate su swap in caso di necessità. Non è
- specificato se i cambiamenti sul file originale
- vengano riportati sulla regione
- mappata. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}. \\
- \const{MAP\_DENYWRITE} & In Linux viene ignorato per evitare
- \textit{DoS}\index{DoS} (veniva usato per
- segnalare che tentativi di scrittura sul file
- dovevano fallire con \errcode{ETXTBSY}).\\
- \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}\index{\textit{copy~on~write}}
- per mantenere le
- modifiche fatte alla regione mappata, in
- questo caso dopo una scrittura, se non c'è più
- memoria disponibile, si ha l'emissione di
- un \const{SIGSEGV}. \\
- \const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo swapping delle pagine
- mappate. \\
- \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli stack. Indica
- che la mappatura deve essere effettuata con gli
- indirizzi crescenti verso il basso.\\
- \const{MAP\_ANONYMOUS} & La mappatura non è associata a nessun file. Gli
- argomenti \param{fd} e \param{offset} sono
- ignorati.\footnotemark\\
- \const{MAP\_ANON} & Sinonimo di \const{MAP\_ANONYMOUS}, deprecato.\\
- \const{MAP\_FILE} & Valore di compatibilità, deprecato.\\
+ accesso. Incompatibile con \const{MAP\_SHARED}.\\
+ \const{MAP\_SHARED} & I cambiamenti sulla memoria mappata vengono
+ riportati sul file e saranno immediatamente
+ visibili agli altri processi che mappano lo stesso
+ file. Incompatibile
+ con \const{MAP\_PRIVATE}.\\
+ \const{MAP\_STACK} & Al momento è ignorato, è stato fornito (dal kernel
+ 2.6.27) a supporto della implementazione dei
+ thread nelle \acr{glibc}, per allocare memoria in
+ uno spazio utilizzabile come \textit{stack} per le
+ architetture hardware che richiedono un
+ trattamento speciale di quest'ultimo.\\
+ \const{MAP\_UNINITIALIZED}& Specifico per i sistemi embedded ed
+ utilizzabile dal kernel 2.6.33 solo se è stata
+ abilitata in fase di compilazione dello stesso
+ l'opzione
+ \texttt{CONFIG\_MMAP\_ALLOW\_UNINITIALIZED}. Se
+ usato le pagine di memoria usate nella mappatura
+ anonima non vengono cancellate; questo migliora
+ le prestazioni sui sistemi con risorse minime, ma
+ comporta la possibilità di rileggere i dati di
+ altri processi che han chiuso una mappatura, per
+ cui viene usato solo quando (come si suppone sia
+ per i sistemi embedded) si ha il completo
+ controllo dell'uso della memoria da parte degli
+ utenti.\\
+% \const{MAP\_DONTEXPAND}& Non consente una successiva espansione dell'area
+% mappata con \func{mremap}, proposto ma pare non
+% implementato.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{mmap}.}
\label{tab:file_mmap_flag}
\end{table}
-\footnotetext{Dato che tutti faranno riferimento alle stesse pagine di
- memoria.}
-\footnotetext{L'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è
- stato implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x.}
+% TODO trattare MAP_HUGETLB introdotto con il kernel 2.6.32, e modifiche
+% introdotte con il 3.8 per le dimensioni variabili delle huge pages
+
+L'argomento \param{flags} specifica infine qual è il tipo di oggetto mappato,
+le opzioni relative alle modalità con cui è effettuata la mappatura e alle
+modalità con cui le modifiche alla memoria mappata vengono condivise o
+mantenute private al processo che le ha effettuate. Deve essere specificato
+come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o più dei valori riportati in
+tab.~\ref{tab:file_mmap_flag}. Fra questi comunque deve sempre essere
+specificato o \const{MAP\_PRIVATE} o \const{MAP\_SHARED} per indicare la
+modalità con cui viene effettuata la mappatura.
+
+Esistono infatti due modalità alternative di eseguire la mappatura di un file;
+la più comune è \const{MAP\_SHARED} in cui la memoria è condivisa e le
+modifiche effettuate su di essa sono visibili a tutti i processi che hanno
+mappato lo stesso file. In questo caso le modifiche vengono anche riportate su
+disco, anche se questo può non essere immediato a causa della bufferizzazione:
+si potrà essere sicuri dell'aggiornamento solo in seguito alla chiamata di
+\func{msync} o \func{munmap}, e solo allora le modifiche saranno visibili sul
+file con l'I/O convenzionale.
+
+Con \const{MAP\_PRIVATE} invece viene creata una copia privata del file,
+questo non viene mai modificato e solo il processo chiamante ha accesso alla
+mappatura. Le modifiche eseguite dal processo sulla mappatura vengono
+effettuate utilizzando il meccanismo del \textit{copy on write}, mentenute in
+memoria e salvate su \textit{swap} in caso di necessità. Non è specificato se
+i cambiamenti sul file originale vengano riportati sulla regione mappata.
+
+Gli altri valori di \func{flag} modificano le caratteristiche della
+mappatura. Fra questi il più rilevante è probabilmente \const{MAP\_ANONYMOUS}
+che consente di creare segmenti di memoria condivisa fra processi diversi
+senza appoggiarsi a nessun file (torneremo sul suo utilizzo in
+sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}). In tal caso gli argomenti \param{fd}
+e \param{offset} vangono ignorati, anche se alcune implementazioni richiedono
+che invece \param{fd} sia $-1$, convenzione che è opportuno seguire se si ha a
+cuore la portabilità dei programmi.
Gli effetti dell'accesso ad una zona di memoria mappata su file possono essere
piuttosto complessi, essi si possono comprendere solo tenendo presente che
-tutto quanto è comunque basato sul basato sul meccanismo della memoria
-virtuale.\index{memoria~virtuale} Questo comporta allora una serie di
-conseguenze. La più ovvia è che se si cerca di scrivere su una zona mappata in
-sola lettura si avrà l'emissione di un segnale di violazione di accesso
-(\const{SIGSEGV}), dato che i permessi sul segmento di memoria relativo non
-consentono questo tipo di accesso.
+tutto quanto è comunque basato sul meccanismo della memoria virtuale. Questo
+comporta allora una serie di conseguenze. La più ovvia è che se si cerca di
+scrivere su una zona mappata in sola lettura si avrà l'emissione di un segnale
+di violazione di accesso (\signal{SIGSEGV}), dato che i permessi sul segmento
+di memoria relativo non consentono questo tipo di accesso.
+
+È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
+regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
+ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
+questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
+paginazione, la mappatura in memoria non può che essere eseguita su un
+segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una pagina, ed in
+generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni effettive del file
+o della sezione che si vuole mappare.
-\begin{figure}[!htb]
+\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_boundary}
+ \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_boundary}
\caption{Schema della mappatura in memoria di una sezione di file di
dimensioni non corrispondenti al bordo di una pagina.}
\label{fig:file_mmap_boundary}
\end{figure}
-È invece assai diversa la questione relativa agli accessi al di fuori della
-regione di cui si è richiesta la mappatura. A prima vista infatti si potrebbe
-ritenere che anch'essi debbano generare un segnale di violazione di accesso;
-questo però non tiene conto del fatto che, essendo basata sul meccanismo della
-paginazione\index{paginazione}, la mappatura in memoria non può che essere
-eseguita su un segmento di dimensioni rigorosamente multiple di quelle di una
-pagina, ed in generale queste potranno non corrispondere alle dimensioni
-effettive del file o della sezione che si vuole mappare. Il caso più comune è
-quello illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_boundary}, in cui la sezione di
-file non rientra nei confini di una pagina: in tal caso verrà il file sarà
-mappato su un segmento di memoria che si estende fino al bordo della pagina
-successiva.
-
-In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
-dimensioni specificate da \param{lenght}, senza ottenere un \const{SIGSEGV}
-poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
-mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
-valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
-scritto.
-
-Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
-file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
-file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
-quella della mappatura in memoria.
+Il caso più comune è quello illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_boundary},
+in cui la sezione di file non rientra nei confini di una pagina: in tal caso
+il file sarà mappato su un segmento di memoria che si estende fino al
+bordo della pagina successiva. In questo caso è possibile accedere a quella
+zona di memoria che eccede le dimensioni specificate da \param{length}, senza
+ottenere un \signal{SIGSEGV} poiché essa è presente nello spazio di indirizzi
+del processo, anche se non è mappata sul file. Il comportamento del sistema è
+quello di restituire un valore nullo per quanto viene letto, e di non
+riportare su file quanto viene scritto.
+
+Un caso più complesso è quello che si viene a creare quando le dimensioni del
+file mappato sono più corte delle dimensioni della mappatura, oppure quando il
+file è stato troncato, dopo che è stato mappato, ad una dimensione inferiore a
+quella della mappatura in memoria. In questa situazione, per la sezione di
+pagina parzialmente coperta dal contenuto del file, vale esattamente quanto
+visto in precedenza; invece per la parte che eccede, fino alle dimensioni date
+da \param{length}, l'accesso non sarà più possibile, ma il segnale emesso non
+sarà \signal{SIGSEGV}, ma \signal{SIGBUS}, come illustrato in
+fig.~\ref{fig:file_mmap_exceed}.
+
+Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
+in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
+biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
+comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
+relativi a \textit{pipe}, socket e \textit{fifo}, per i quali non ha senso
+parlare di \textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di
+dispositivo, che non dispongono della relativa operazione \func{mmap} (si
+ricordi quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente
+però che esistono anche casi di dispositivi (un esempio è l'interfaccia al
+ponte PCI-VME del chip Universe) che sono utilizzabili solo con questa
+interfaccia.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=10cm]{img/mmap_exceed}
+ \includegraphics[height=6cm]{img/mmap_exceed}
\caption{Schema della mappatura in memoria di file di dimensioni inferiori
alla lunghezza richiesta.}
\label{fig:file_mmap_exceed}
\end{figure}
-In questa situazione, per la sezione di pagina parzialmente coperta dal
-contenuto del file, vale esattamente quanto visto in precedenza; invece per la
-parte che eccede, fino alle dimensioni date da \param{length}, l'accesso non
-sarà più possibile, ma il segnale emesso non sarà \const{SIGSEGV}, ma
-\const{SIGBUS}, come illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_exceed}.
-
-Non tutti i file possono venire mappati in memoria, dato che, come illustrato
-in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}, la mappatura introduce una corrispondenza
-biunivoca fra una sezione di un file ed una sezione di memoria. Questo
-comporta che ad esempio non è possibile mappare in memoria file descriptor
-relativi a pipe, socket e fifo, per i quali non ha senso parlare di
-\textsl{sezione}. Lo stesso vale anche per alcuni file di dispositivo, che non
-dispongono della relativa operazione \func{mmap} (si ricordi quanto esposto in
-sez.~\ref{sec:file_vfs_work}). Si tenga presente però che esistono anche casi
-di dispositivi (un esempio è l'interfaccia al ponte PCI-VME del chip Universe)
-che sono utilizzabili solo con questa interfaccia.
-
Dato che passando attraverso una \func{fork} lo spazio di indirizzi viene
copiato integralmente, i file mappati in memoria verranno ereditati in maniera
trasparente dal processo figlio, mantenendo gli stessi attributi avuti nel
-padre; così se si è usato \const{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
-stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \const{MAP\_PRIVATE}
-ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
+padre; così se si è usato \const{MAP\_SHARED} padre e figlio accederanno allo
+stesso file in maniera condivisa, mentre se si è usato \const{MAP\_PRIVATE}
+ciascuno di essi manterrà una sua versione privata indipendente. Non c'è
invece nessun passaggio attraverso una \func{exec}, dato che quest'ultima
sostituisce tutto lo spazio degli indirizzi di un processo con quello di un
nuovo programma.
Quando si effettua la mappatura di un file vengono pure modificati i tempi ad
-esso associati (di cui si è trattato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). Il
-valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
-dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
+esso associati (di cui si è trattato in sez.~\ref{sec:file_file_times}). Il
+valore di \var{st\_atime} può venir cambiato in qualunque istante a partire
+dal momento in cui la mappatura è stata effettuata: il primo riferimento ad
una pagina mappata su un file aggiorna questo tempo. I valori di
-\var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
-consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
+\var{st\_ctime} e \var{st\_mtime} possono venir cambiati solo quando si è
+consentita la scrittura sul file (cioè per un file mappato con
\const{PROT\_WRITE} e \const{MAP\_SHARED}) e sono aggiornati dopo la scrittura
o in corrispondenza di una eventuale \func{msync}.
Dato per i file mappati in memoria le operazioni di I/O sono gestite
-direttamente dalla \index{memoria~virtuale}memoria virtuale, occorre essere
-consapevoli delle interazioni che possono esserci con operazioni effettuate
-con l'interfaccia standard dei file di cap.~\ref{cha:file_unix_interface}. Il
-problema è che una volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e
+direttamente dalla memoria virtuale, occorre essere consapevoli delle
+interazioni che possono esserci con operazioni effettuate con l'interfaccia
+dei file ordinaria illustrata in sez.~\ref{sec:file_unix_interface}. Il
+problema è che una volta che si è mappato un file, le operazioni di lettura e
scrittura saranno eseguite sulla memoria, e riportate su disco in maniera
autonoma dal sistema della memoria virtuale.
-Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia standard queste modifiche
+Pertanto se si modifica un file con l'interfaccia ordinaria queste modifiche
potranno essere visibili o meno a seconda del momento in cui la memoria
-virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
+virtuale trasporterà dal disco in memoria quella sezione del file, perciò è
del tutto imprevedibile il risultato della modifica di un file nei confronti
-del contenuto della memoria su cui è mappato.
-
-Per questo, è sempre sconsigliabile eseguire scritture su file attraverso
-l'interfaccia standard, quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
-usare l'interfaccia standard per leggere un file mappato in memoria, purché si
-abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in memoria mette
-a disposizione la funzione \funcd{msync} per sincronizzare il contenuto della
-memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
-
- \funcdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
-
- Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EINVAL}] O \param{start} non è multiplo di \const{PAGESIZE},
- o si è specificato un valore non valido per \param{flags}.
- \item[\errcode{EFAULT}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
- precedentemente mappata.
- \end{errlist}
- }
-\end{functions}
+del contenuto della memoria su cui è mappato.
+
+Per questo è sempre sconsigliabile eseguire scritture su un file attraverso
+l'interfaccia ordinaria quando lo si è mappato in memoria, è invece possibile
+usare l'interfaccia ordinaria per leggere un file mappato in memoria, purché
+si abbia una certa cura; infatti l'interfaccia dell'I/O mappato in memoria
+mette a disposizione la funzione \funcd{msync} per sincronizzare il contenuto
+della memoria mappata con il file su disco; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+%\fhead{unistd.h}
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int msync(const void *start, size\_t length, int flags)}
+\fdesc{Sincronizza i contenuti di una sezione di un file mappato in memoria.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBUSY}] si è indicato \const{MS\_INVALIDATE} ma
+ nell'intervallo di memoria specificato è presente un \textit{memory lock}.
+ \item[\errcode{EFAULT}] l'intervallo indicato, o parte di esso, non
+ risulta mappato (prima del kernel 2.4.19).
+ \item[\errcode{EINVAL}] o \param{start} non è multiplo di
+ \const{PAGE\_SIZE}, o si è specificato un valore non valido per
+ \param{flags}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] l'intervallo indicato, o parte di esso, non
+ risulta mappato (dal kernel 2.4.19).
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
La funzione esegue la sincronizzazione di quanto scritto nella sezione di
memoria indicata da \param{start} e \param{offset}, scrivendo le modifiche sul
-file (qualora questo non sia già stato fatto). Provvede anche ad aggiornare i
-relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
-di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia standard troveranno un contenuto
+file (qualora questo non sia già stato fatto). Provvede anche ad aggiornare i
+relativi tempi di modifica. In questo modo si è sicuri che dopo l'esecuzione
+di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia ordinaria troveranno un contenuto
del file aggiornato.
+
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{11cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{MS\_ASYNC} & Richiede la sincronizzazione.\\
- \const{MS\_SYNC} & Attende che la sincronizzazione si eseguita.\\
- \const{MS\_INVALIDATE}& Richiede che le altre mappature dello stesso file
- siano invalidate.\\
- \hline
+ \const{MS\_SYNC} & richiede una sincronizzazione e ritorna soltanto
+ quando questa è stata completata.\\
+ \const{MS\_ASYNC} & richiede una sincronizzazione, ma ritorna subito
+ non attendendo che questa sia finita.\\
+ \const{MS\_INVALIDATE} & invalida le pagine per tutte le mappature
+ in memoria così da rendere necessaria una
+ rilettura immediata delle stesse.\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
- \label{tab:file_mmap_rsync}
+ \caption{Valori possibili dell'argomento \param{flag} di \func{msync}.}
+ \label{tab:file_mmap_msync}
\end{table}
-L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
-dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_rsync}, di questi però
+L'argomento \param{flag} è specificato come maschera binaria composta da un OR
+dei valori riportati in tab.~\ref{tab:file_mmap_msync}, di questi però
\const{MS\_ASYNC} e \const{MS\_SYNC} sono incompatibili; con il primo valore
infatti la funzione si limita ad inoltrare la richiesta di sincronizzazione al
meccanismo della memoria virtuale, ritornando subito, mentre con il secondo
attende che la sincronizzazione sia stata effettivamente eseguita. Il terzo
-flag fa invalidare le pagine di cui si richiede la sincronizzazione per tutte
-le mappature dello stesso file, così che esse possano essere immediatamente
-aggiornate ai nuovi valori.
+valore fa sì che vengano invalidate, per tutte le mappature dello stesso file,
+le pagine di cui si è richiesta la sincronizzazione, così che esse possano
+essere immediatamente aggiornate con i nuovi valori.
+
+Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
+mappatura della memoria usando la funzione \funcd{munmap}, il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+%\fhead{unistd.h}
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
+\fdesc{Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.}
+}
-Una volta che si sono completate le operazioni di I/O si può eliminare la
-mappatura della memoria usando la funzione \funcd{munmap}, il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
+ precedentemente mappata.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato con
+\param{start} e \param{length}; ogni successivo accesso a tale regione causerà
+un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
+allineato alle dimensioni di una pagina, e la mappatura di tutte le pagine
+contenute anche parzialmente nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
+Indicare un intervallo che non contiene mappature non è un errore. Si tenga
+presente inoltre che alla conclusione di un processo ogni pagina mappata verrà
+automaticamente rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per
+il \textit{memory mapping} non ha alcun effetto su di esso.
+
+Lo standard POSIX prevede anche una funzione che permetta di cambiare le
+protezioni delle pagine di memoria; lo standard prevede che essa si applichi
+solo ai \textit{memory mapping} creati con \func{mmap}, ma nel caso di Linux
+la funzione può essere usata con qualunque pagina valida nella memoria
+virtuale. Questa funzione di sistema è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int mprotect(const void *addr, size\_t len, int prot)}
+\fdesc{Modifica le protezioni delle pagine di memoria.}
+}
- \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
-
- Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{addr} non è valido o non è un
+ multiplo di \const{PAGE\_SIZE}.
+ \item[\errcode{EACCES}] l'operazione non è consentita, ad esempio si è
+ cercato di marcare con \const{PROT\_WRITE} un segmento di memoria cui si
+ ha solo accesso in lettura.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non è stato possibile allocare le risorse
+ necessarie all'interno del kernel o si è specificato un indirizzo di
+ memoria non valido del processo o non corrispondente a pagine mappate
+ (negli ultimi due casi prima del kernel 2.4.19 veniva prodotto,
+ erroneamente, \errcode{EFAULT}).
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione prende come argomenti un indirizzo di partenza in \param{addr},
+allineato alle dimensioni delle pagine di memoria, ed una dimensione
+\param{size}. La nuova protezione deve essere specificata in \param{prot} con
+una combinazione dei valori di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}. La nuova
+protezione verrà applicata a tutte le pagine contenute, anche parzialmente,
+dall'intervallo fra \param{addr} e \param{addr}+\param{size}-1.
+
+Infine Linux supporta alcune operazioni specifiche non disponibili su altri
+kernel unix-like per poter usare le quali occorre però dichiarare
+\macro{\_GNU\_SOURCE} prima dell'inclusione di \texttt{sys/mman.h}. La prima
+di queste è la possibilità di modificare un precedente \textit{memory
+ mapping}, ad esempio per espanderlo o restringerlo. Questo è realizzato
+dalla funzione di sistema \funcd{mremap}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{void * mremap(void *old\_address, size\_t old\_size , size\_t
+ new\_size, unsigned long flags)}
+\fdesc{Restringe o allarga una mappatura in memoria.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EINVAL}] L'intervallo specificato non ricade in una zona
- precedentemente mappata.
- \end{errlist}
- }
-\end{functions}
-
-La funzione cancella la mappatura per l'intervallo specificato attraverso
-\param{start} e \param{length}, ed ogni successivo accesso a tale regione
-causerà un errore di accesso in memoria. L'argomento \param{start} deve essere
-allineato alle dimensioni di una pagina di memoria, e la mappatura di tutte le
-pagine contenute (anche parzialmente) nell'intervallo indicato, verrà rimossa.
-Indicare un intervallo che non contiene pagine mappate non è un errore.
-
-Alla conclusione del processo, ogni pagina mappata verrà automaticamente
-rilasciata, mentre la chiusura del file descriptor usato per effettuare la
-mappatura in memoria non ha alcun effetto sulla stessa.
-
-
-\section{Il file locking}
-\label{sec:file_locking}
-
-\index{file!locking|(}
-In sez.~\ref{sec:file_sharing} abbiamo preso in esame le modalità in cui un
-sistema unix-like gestisce la condivisione dei file da parte di processi
-diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file aperti
-in \textit{append mode}, quando più processi scrivono contemporaneamente sullo
-stesso file non è possibile determinare la sequenza in cui essi opereranno.
-
-Questo causa la possibilità di race condition\index{\textit{race~condition}};
-in generale le situazioni più comuni sono due: l'interazione fra un processo
-che scrive e altri che leggono, in cui questi ultimi possono leggere
-informazioni scritte solo in maniera parziale o incompleta; o quella in cui
-diversi processi scrivono, mescolando in maniera imprevedibile il loro output
-sul file.
-
-In tutti questi casi il \textit{file locking} è la tecnica che permette di
-evitare le race condition\index{\textit{race~condition}}, attraverso una serie
-di funzioni che permettono di bloccare l'accesso al file da parte di altri
-processi, così da evitare le sovrapposizioni, e garantire la atomicità delle
-operazioni di scrittura.
-
-
-
-\subsection{L'\textit{advisory locking}}
-\label{sec:file_record_locking}
-
-La prima modalità di \textit{file locking} che è stata implementata nei
-sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory
- locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento
- come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle
- \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discretionary file
- lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock},
- mentre questo nome viene usato da Stevens per riferirsi al \textit{file
- locking} POSIX. Dato che la dizione \textit{record locking} è quantomeno
- ambigua, in quanto in un sistema Unix non esiste niente che possa fare
- riferimento al concetto di \textit{record}, alla fine si è scelto di
- mantenere il nome \textit{advisory locking}.} in quanto sono i singoli
-processi, e non il sistema, che si incaricano di asserire e verificare se
-esistono delle condizioni di blocco per l'accesso ai file. Questo significa
-che le funzioni \func{read} o \func{write} vengono eseguite comunque e non
-risentono affatto della presenza di un eventuale \textit{lock}; pertanto è
-sempre compito dei vari processi che intendono usare il file locking,
-controllare esplicitamente lo stato dei file condivisi prima di accedervi,
-utilizzando le relative funzioni.
-
-In generale si distinguono due tipologie di \textit{file lock}:\footnote{di
- seguito ci riferiremo sempre ai blocchi di accesso ai file con la
- nomenclatura inglese di \textit{file lock}, o più brevemente con
- \textit{lock}, per evitare confusioni linguistiche con il blocco di un
- processo (cioè la condizione in cui il processo viene posto in stato di
- \textit{sleep}).} la prima è il cosiddetto \textit{shared lock}, detto anche
-\textit{read lock} in quanto serve a bloccare l'accesso in scrittura su un
-file affinché il suo contenuto non venga modificato mentre lo si legge. Si
-parla appunto di \textsl{blocco condiviso} in quanto più processi possono
-richiedere contemporaneamente uno \textit{shared lock} su un file per
-proteggere il loro accesso in lettura.
-
-La seconda tipologia è il cosiddetto \textit{exclusive lock}, detto anche
-\textit{write lock} in quanto serve a bloccare l'accesso su un file (sia in
-lettura che in scrittura) da parte di altri processi mentre lo si sta
-scrivendo. Si parla di \textsl{blocco esclusivo} appunto perché un solo
-processo alla volta può richiedere un \textit{exclusive lock} su un file per
-proteggere il suo accesso in scrittura.
+{La funzione ritorna l'indirizzo alla nuova area di memoria in caso di
+ successo o il valore \const{MAP\_FAILED} (pari a \texttt{(void *) -1}), nel
+ qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{old\_address} non è un
+ puntatore valido.
+ \item[\errcode{EFAULT}] ci sono indirizzi non validi nell'intervallo
+ specificato da \param{old\_address} e \param{old\_size}, o ci sono altre
+ mappature di tipo non corrispondente a quella richiesta.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente oppure l'area di
+ memoria non può essere espansa all'indirizzo virtuale corrente, e non si
+ è specificato \const{MREMAP\_MAYMOVE} nei flag.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] il segmento di memoria scelto è bloccato e non può
+ essere rimappato.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede come argomenti \param{old\_address} (che deve essere
+allineato alle dimensioni di una pagina di memoria) che specifica il
+precedente indirizzo del \textit{memory mapping} e \param{old\_size}, che ne
+indica la dimensione. Con \param{new\_size} si specifica invece la nuova
+dimensione che si vuole ottenere. Infine l'argomento \param{flags} è una
+maschera binaria per i flag che controllano il comportamento della funzione.
+Il solo valore utilizzato è \const{MREMAP\_MAYMOVE} che consente di eseguire
+l'espansione anche quando non è possibile utilizzare il precedente
+indirizzo. Per questo motivo, se si è usato questo flag, la funzione può
+restituire un indirizzo della nuova zona di memoria che non è detto coincida
+con \param{old\_address}.
+
+La funzione si appoggia al sistema della memoria virtuale per modificare
+l'associazione fra gli indirizzi virtuali del processo e le pagine di memoria,
+modificando i dati direttamente nella \textit{page table} del processo. Come
+per \func{mprotect} la funzione può essere usata in generale, anche per pagine
+di memoria non corrispondenti ad un \textit{memory mapping}, e consente così
+di implementare la funzione \func{realloc} in maniera molto efficiente.
+
+Una caratteristica comune a tutti i sistemi unix-like è che la mappatura in
+memoria di un file viene eseguita in maniera lineare, cioè parti successive di
+un file vengono mappate linearmente su indirizzi successivi in memoria.
+Esistono però delle applicazioni (in particolare la tecnica è usata dai
+database o dai programmi che realizzano macchine virtuali) in cui è utile
+poter mappare sezioni diverse di un file su diverse zone di memoria.
+
+Questo è ovviamente sempre possibile eseguendo ripetutamente la funzione
+\func{mmap} per ciascuna delle diverse aree del file che si vogliono mappare
+in sequenza non lineare (ed in effetti è quello che veniva fatto anche con
+Linux prima che fossero introdotte queste estensioni) ma questo approccio ha
+delle conseguenze molto pesanti in termini di prestazioni. Infatti per
+ciascuna mappatura in memoria deve essere definita nella \textit{page table}
+del processo una nuova area di memoria virtuale, quella che nel gergo del
+kernel viene chiamata VMA (\textit{virtual memory area}, che corrisponda alla
+mappatura, in modo che questa diventi visibile nello spazio degli indirizzi
+come illustrato in fig.~\ref{fig:file_mmap_layout}.
+
+Quando un processo esegue un gran numero di mappature diverse (si può arrivare
+anche a centinaia di migliaia) per realizzare a mano una mappatura non-lineare
+esso vedrà un accrescimento eccessivo della sua \textit{page table}, e lo
+stesso accadrà per tutti gli altri processi che utilizzano questa tecnica. In
+situazioni in cui le applicazioni hanno queste esigenze si avranno delle
+prestazioni ridotte, dato che il kernel dovrà impiegare molte risorse per
+mantenere i dati relativi al \textit{memory mapping}, sia in termini di
+memoria interna per i dati delle \textit{page table}, che di CPU per il loro
+aggiornamento.
+
+Per questo motivo con il kernel 2.5.46 è stato introdotto, ad opera di Ingo
+Molnar, un meccanismo che consente la mappatura non-lineare. Anche questa è
+una caratteristica specifica di Linux, non presente in altri sistemi
+unix-like. Diventa così possibile utilizzare una sola mappatura iniziale, e
+quindi una sola \textit{virtual memory area} nella \textit{page table} del
+processo, e poi rimappare a piacere all'interno di questa i dati del file. Ciò
+è possibile grazie ad una nuova \textit{system call},
+\funcd{remap\_file\_pages}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int remap\_file\_pages(void *start, size\_t size, int prot,
+ ssize\_t pgoff, int flags)}
+\fdesc{Rimappa non linearmente un \textit{memory mapping}.}
+}
-\begin{table}[htb]
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un 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
+ argomenti o \param{start} non fa riferimento ad un \textit{memory
+ mapping} valido creato con \const{MAP\_SHARED}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre
+ nel loro significato generico.}
+\end{funcproto}
+
+Per poter utilizzare questa funzione occorre anzitutto effettuare
+preliminarmente una chiamata a \func{mmap} con \const{MAP\_SHARED} per
+definire l'area di memoria che poi sarà rimappata non linearmente. Poi si
+chiamerà questa funzione per modificare le corrispondenze fra pagine di
+memoria e pagine del file; si tenga presente che \func{remap\_file\_pages}
+permette anche di mappare la stessa pagina di un file in più pagine della
+regione mappata.
+
+La funzione richiede che si identifichi la sezione del file che si vuole
+riposizionare all'interno del \textit{memory mapping} con gli argomenti
+\param{pgoff} e \param{size}; l'argomento \param{start} invece deve indicare
+un indirizzo all'interno dell'area definita dall'\func{mmap} iniziale, a
+partire dal quale la sezione di file indicata verrà rimappata. L'argomento
+\param{prot} deve essere sempre nullo, mentre \param{flags} prende gli stessi
+valori di \func{mmap} (quelli di tab.~\ref{tab:file_mmap_prot}) ma di tutti i
+flag solo \const{MAP\_NONBLOCK} non viene ignorato.
+
+\itindbeg{prefaulting}
+
+Insieme alla funzione \func{remap\_file\_pages} nel kernel 2.5.46 con sono
+stati introdotti anche due nuovi flag per \func{mmap}: \const{MAP\_POPULATE} e
+\const{MAP\_NONBLOCK}. Il primo dei due consente di abilitare il meccanismo
+del \textit{prefaulting}. Questo viene di nuovo in aiuto per migliorare le
+prestazioni in certe condizioni di utilizzo del \textit{memory mapping}.
+
+Il problema si pone tutte le volte che si vuole mappare in memoria un file di
+grosse dimensioni. Il comportamento normale del sistema della memoria virtuale
+è quello per cui la regione mappata viene aggiunta alla \textit{page table}
+del processo, ma i dati verranno effettivamente utilizzati (si avrà cioè un
+\textit{page fault} che li trasferisce dal disco alla memoria) soltanto in
+corrispondenza dell'accesso a ciascuna delle pagine interessate dal
+\textit{memory mapping}.
+
+Questo vuol dire che il passaggio dei dati dal disco alla memoria avverrà una
+pagina alla volta con un gran numero di \textit{page fault}, chiaramente se si
+sa in anticipo che il file verrà utilizzato immediatamente, è molto più
+efficiente eseguire un \textit{prefaulting} in cui tutte le pagine di memoria
+interessate alla mappatura vengono ``\textsl{popolate}'' in una sola volta,
+questo comportamento viene abilitato quando si usa con \func{mmap} il flag
+\const{MAP\_POPULATE}.
+
+Dato che l'uso di \const{MAP\_POPULATE} comporta dell'I/O su disco che può
+rallentare l'esecuzione di \func{mmap} è stato introdotto anche un secondo
+flag, \const{MAP\_NONBLOCK}, che esegue un \textit{prefaulting} più limitato
+in cui vengono popolate solo le pagine della mappatura che già si trovano
+nella cache del kernel.\footnote{questo può essere utile per il linker
+ dinamico, in particolare quando viene effettuato il \textit{prelink} delle
+ applicazioni.}
+
+\itindend{prefaulting}
+
+Per i vantaggi illustrati all'inizio del paragrafo l'interfaccia del
+\textit{memory mapped I/O} viene usata da una grande varietà di programmi,
+spesso con esigenze molto diverse fra di loro riguardo le modalità con cui
+verranno eseguiti gli accessi ad un file; è ad esempio molto comune per i
+database effettuare accessi ai dati in maniera pressoché casuale, mentre un
+riproduttore audio o video eseguirà per lo più letture sequenziali.
+
+\itindend{memory~mapping}
+
+Per migliorare le prestazioni a seconda di queste modalità di accesso è
+disponibile una apposita funzione, \funcd{madvise},\footnote{tratteremo in
+ sez.~\ref{sec:file_fadvise} le funzioni che consentono di ottimizzare
+ l'accesso ai file con l'interfaccia classica.} che consente di fornire al
+kernel delle indicazioni su come un processo intende accedere ad un segmento
+di memoria, anche al di là delle mappature dei file, così che possano essere
+adottate le opportune strategie di ottimizzazione. Il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int madvise(void *start, size\_t length, int advice)}
+\fdesc{Fornisce indicazioni sull'uso previsto di un segmento di memoria.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] la mappatura esiste ma non corrisponde ad un file.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{start} non è allineato alla dimensione di
+ una pagina, \param{length} ha un valore negativo, o \param{advice} non è
+ un valore valido, o si è richiesto il rilascio (con
+ \const{MADV\_DONTNEED}) di pagine bloccate o condivise o si è usato
+ \const{MADV\_MERGEABLE} o \const{MADV\_UNMERGEABLE} ma il kernel non è
+ stato compilato per il relativo supporto.
+ \item[\errcode{EIO}] la paginazione richiesta eccederebbe i limiti (vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}) sulle pagine residenti in memoria del
+ processo (solo in caso di \const{MADV\_WILLNEED}).
+ \item[\errcode{ENOMEM}] gli indirizzi specificati non sono mappati, o, in
+ caso \const{MADV\_WILLNEED}, non c'è sufficiente memoria per soddisfare
+ la richiesta.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EAGAIN} e \errval{ENOSYS} nel loro significato generico.}
+\end{funcproto}
+
+La sezione di memoria sulla quale si intendono fornire le indicazioni deve
+essere indicata con l'indirizzo iniziale \param{start} e l'estensione
+\param{length}, il valore di \param{start} deve essere allineato,
+mentre \param{length} deve essere un numero positivo; la versione di Linux
+consente anche un valore nullo per \param{length}, inoltre se una parte
+dell'intervallo non è mappato in memoria l'indicazione viene comunque
+applicata alle restanti parti, anche se la funzione ritorna un errore di
+\errval{ENOMEM}.
+
+L'indicazione viene espressa dall'argomento \param{advice} che deve essere
+specificato con uno dei valori riportati in
+tab.~\ref{tab:madvise_advice_values}; si tenga presente che i valori indicati
+nella seconda parte della tabella sono specifici di Linux e non sono previsti
+dallo standard POSIX.1b. La funzione non ha, tranne il caso di
+\const{MADV\_DONTFORK}, nessun effetto sul comportamento di un programma, ma
+può influenzarne le prestazioni fornendo al kernel indicazioni sulle esigenze
+dello stesso, così che sia possibile scegliere le opportune strategie per la
+gestione del \textit{read-ahead} (vedi sez.~\ref{sec:file_fadvise}) e del
+caching dei dati.
+
+\begin{table}[!htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10 cm}|}
\hline
- \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
- \cline{2-4}
- &Nessun lock&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
- \textit{Write lock}& SI & NO & NO \\
- \hline
+ \const{MADV\_DONTNEED}& non ci si aspetta nessun accesso nell'immediato
+ futuro, pertanto le pagine possono essere
+ liberate dal kernel non appena necessario; l'area
+ di memoria resterà accessibile, ma un accesso
+ richiederà che i dati vengano ricaricati dal file
+ a cui la mappatura fa riferimento.\\
+ \const{MADV\_NORMAL} & nessuna indicazione specifica, questo è il valore
+ di default usato quando non si è chiamato
+ \func{madvise}.\\
+ \const{MADV\_RANDOM} & ci si aspetta un accesso casuale all'area
+ indicata, pertanto l'applicazione di una lettura
+ anticipata con il meccanismo del
+ \textit{read-ahead} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_fadvise}) è di
+ scarsa utilità e verrà disabilitata.\\
+ \const{MADV\_SEQUENTIAL}& ci si aspetta un accesso sequenziale al file,
+ quindi da una parte sarà opportuno eseguire una
+ lettura anticipata, e dall'altra si potranno
+ scartare immediatamente le pagine una volta che
+ queste siano state lette.\\
+ \const{MADV\_WILLNEED}& ci si aspetta un accesso nell'immediato futuro,
+ pertanto l'applicazione del \textit{read-ahead}
+ deve essere incentivata.\\
+ \hline
+ \const{MADV\_DONTDUMP}& esclude da un \textit{core dump} (vedi
+ sez.~\ref{sec:sig_standard}) le pagine
+ specificate, viene usato per evitare di scrivere
+ su disco dati relativi a zone di memoria che si sa
+ non essere utili in un \textit{core dump}.\\
+ \const{MADV\_DODUMP} & rimuove l'effetto della precedente
+ \const{MADV\_DONTDUMP} (dal kernel 3.4).\\
+ \const{MADV\_DONTFORK}& impedisce che l'intervallo specificato venga
+ ereditato dal processo figlio dopo una
+ \func{fork}; questo consente di evitare che il
+ meccanismo del \textit{copy on write} effettui la
+ rilocazione delle pagine quando il padre scrive
+ sull'area di memoria dopo la \func{fork}, cosa che
+ può causare problemi per l'hardware che esegue
+ operazioni in DMA su quelle pagine (dal kernel
+ 2.6.16).\\
+ \const{MADV\_DOFORK} & rimuove l'effetto della precedente
+ \const{MADV\_DONTFORK} (dal kernel 2.6.16).\\
+ \const{MADV\_HUGEPAGE}& abilita il meccanismo delle \textit{Transparent
+ Huge Page} (vedi sez.~\ref{sec:huge_pages})
+ sulla regione indicata; se questa è allineata
+ alle relative dimensioni il kernel alloca
+ direttamente delle \textit{huge page}; è
+ utilizzabile solo con mappature anomime private
+ (dal kernel 2.6.38).\\
+ \const{MADV\_NOHUGEPAGE}& impedisce che la regione indicata venga
+ collassata in eventuali \textit{huge page} (dal
+ kernel 2.6.38).\\
+ \const{MADV\_HWPOISON} &opzione ad uso di debug per verificare codice
+ che debba gestire errori nella gestione della
+ memoria; richiede una apposita opzione di
+ compilazione del kernel, privilegi amministrativi
+ (la capacità \const{CAP\_SYS\_ADMIN}) e provoca
+ l'emissione di un segnale di \const{SIGBUS} dal
+ programma chiamante e rimozione della mappatura
+ (dal kernel 2.6.32).\\
+ \const{MADV\_SOFT\_OFFLINE}&opzione utilizzata per il debug del
+ codice di verifica degli errori di gestione
+ memoria, richiede una apposita opzione di
+ compilazione (dal kernel 2.6.33).\\
+ \const{MADV\_MERGEABLE}& marca la pagina come accorpabile, indicazione
+ principalmente ad uso dei sistemi di
+ virtualizzazione\footnotemark (dal kernel 2.6.32).\\
+ \const{MADV\_REMOVE} & libera un intervallo di pagine di memoria ed il
+ relativo supporto sottostante; è supportato
+ soltanto sui filesystem in RAM \textit{tmpfs} e
+ \textit{shmfs} se usato su altri tipi di
+ filesystem causa un errore di \errcode{ENOSYS}
+ (dal kernel 2.6.16).\\
+ \const{MADV\_UNMERGEABLE}& rimuove l'effetto della precedente
+ \const{MADV\_MERGEABLE} (dal kernel 2.6.32). \\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Tipologie di file locking.}
- \label{tab:file_file_lock}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{advice} di \func{madvise}.}
+ \label{tab:madvise_advice_values}
\end{table}
-In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
- locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
-\func{flock}, la seconda è quella standardizzata da POSIX.1 (derivata da
-System V), che è basata sulla funzione \func{fcntl}. I \textit{file lock}
-sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due interfacce,
-che pertanto possono coesistere senza interferenze.
-
-Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si
-inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un
-\textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una
-lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il lock viene acquisito
-il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
-comportamento non bloccante) viene posto in stato di sleep. Una volta finite
-le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il lock. La situazione
-delle varie possibilità è riassunta in tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si
-sono riportati, per le varie tipologie di lock presenti su un file, il
-risultato che si ha in corrispondenza alle due tipologie di \textit{file lock}
-menzionate, nel successo della richiesta.
-
-Si tenga presente infine che il controllo di accesso e la gestione dei
-permessi viene effettuata quando si apre un file, l'unico controllo residuo
-che si può avere riguardo il \textit{file locking} è che il tipo di lock che
-si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
-apertura dello stesso (in lettura per un read lock e in scrittura per un write
-lock).
-
-%% Si ricordi che
-%% la condizione per acquisire uno \textit{shared lock} è che il file non abbia
-%% già un \textit{exclusive lock} attivo, mentre per acquisire un
-%% \textit{exclusive lock} non deve essere presente nessun tipo di blocco.
-
-
-\subsection{La funzione \func{flock}}
-\label{sec:file_flock}
-
-La prima interfaccia per il file locking, quella derivata da BSD, permette di
-eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per richiedere e
-rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/file.h}{int flock(int fd, int operation)}
-
- Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] Il file ha già un blocco attivo, e si è
- specificato \const{LOCK\_NB}.
- \end{errlist}
- }
-\end{prototype}
-
-La funzione può essere usata per acquisire o rilasciare un \textit{file lock}
-a seconda di quanto specificato tramite il valore dell'argomento
-\param{operation}, questo viene interpretato come maschera binaria, e deve
-essere passato utilizzando le costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
+\footnotetext{a partire dal kernel 2.6.32 è stato introdotto un meccanismo che
+ identifica pagine di memoria identiche e le accorpa in una unica pagina
+ (soggetta al \textit{copy-on-write} per successive modifiche); per evitare
+ di controllare tutte le pagine solo quelle marcate con questo flag vengono
+ prese in considerazione per l'accorpamento; in questo modo si possono
+ migliorare le prestazioni nella gestione delle macchine virtuali diminuendo
+ la loro occupazione di memoria, ma il meccanismo può essere usato anche in
+ altre applicazioni in cui sian presenti numerosi processi che usano gli
+ stessi dati; per maggiori dettagli si veda
+ \href{http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_32\#head-d3f32e41df508090810388a57efce73f52660ccb}{\texttt{http://kernelnewbies.org/Linux\_2\_6\_32}}
+ e la documentazione nei sorgenti del kernel
+ (\texttt{Documentation/vm/ksm.txt}).}
+
+
+A differenza da quanto specificato nello standard POSIX.1b, per il quale l'uso
+di \func{madvise} è a scopo puramente indicativo, Linux considera queste
+richieste come imperative, per cui ritorna un errore qualora non possa
+soddisfarle; questo comportamento differisce da quanto specificato nello
+standard.
+
+Nello standard POSIX.1-2001 è prevista una ulteriore funzione
+\funcd{posix\_madvise} che su Linux viene reimplementata utilizzando
+\func{madvise}; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int posix\_madvise(void *start, size\_t lenght, int advice)}
+\fdesc{Fornisce indicazioni sull'uso previsto di un segmento di memoria.}
+}
-\begin{table}[htb]
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo ed un valore positivo per un
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{start} non è allineato alla dimensione di
+ una pagina, \param{length} ha un valore negativo, o \param{advice} non è
+ un valore valido.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] gli indirizzi specificati non sono nello spazio di
+ indirizzi del processo.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+Gli argomenti \param{start} e \param{lenght} hanno lo stesso identico
+significato degli analoghi di \func{madvise}, a cui si rimanda per la loro
+descrizione ma a differenza di quanto indicato dallo standard per questa
+funzione, su Linux un valore nullo di \param{len} è consentito.
+
+\begin{table}[!htb]
\centering
\footnotesize
\begin{tabular}[c]{|l|l|}
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{LOCK\_SH} & Asserisce uno \textit{shared lock} sul file.\\
- \const{LOCK\_EX} & Asserisce un \textit{esclusive lock} sul file.\\
- \const{LOCK\_UN} & Rilascia il \textit{file lock}.\\
- \const{LOCK\_NB} & Impedisce che la funzione si blocchi nella
- richiesta di un \textit{file lock}.\\
- \hline
+ \const{POSIX\_MADV\_DONTNEED}& analogo a \const{MADV\_DONTNEED}.\\
+ \const{POSIX\_MADV\_NORMAL} & identico a \const{MADV\_NORMAL}.\\
+ \const{POSIX\_MADV\_RANDOM} & identico a \const{MADV\_RANDOM}.\\
+ \const{POSIX\_MADV\_SEQUENTIAL}& identico a \const{MADV\_SEQUENTIAL}.\\
+ \const{POSIX\_MADV\_WILLNEED}& identico a \const{MADV\_WILLNEED}.\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
- \label{tab:file_flock_operation}
+ \caption{Valori dell'argomento \param{advice} di \func{posix\_madvise}.}
+ \label{tab:posix_madvise_advice_values}
\end{table}
-I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
-richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera
-alternativa. Se si specifica anche \const{LOCK\_NB} la funzione non si
-bloccherà qualora il lock non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con
-un errore di \errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un lock si dovrà invece
-usare \const{LOCK\_UN}.
-
-La semantica del file locking di BSD è diversa da quella del file locking
-POSIX, in particolare per quanto riguarda il comportamento dei lock nei
-confronti delle due funzioni \func{dup} e \func{fork}. Per capire queste
-differenze occorre descrivere con maggiore dettaglio come viene realizzato il
-file locking nel kernel in entrambe le interfacce.
-
-In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
-dell'implementazione del file locking in stile BSD in Linux; il punto
-fondamentale da capire è che un lock, qualunque sia l'interfaccia che si usa,
-anche se richiesto attraverso un file descriptor, agisce sempre su un file;
-perciò le informazioni relative agli eventuali \textit{file lock} sono
-mantenute a livello di inode\index{inode},\footnote{in particolare, come
- accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i \textit{file lock} sono
- mantenuti un una \textit{linked list}\index{linked list} di strutture
- \struct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
- mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \struct{inode} (per le
- definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti
- del kernel). Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di
- un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).}
-dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
-diversi che aprono lo stesso file.
-\begin{figure}[htb]
- \centering
- \includegraphics[width=14cm]{img/file_flock}
- \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare
- del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
- \label{fig:file_flock_struct}
-\end{figure}
+L'argomento \param{advice} invece può assumere solo i valori indicati in
+tab.~\ref{tab:posix_madvise_advice_values}, che riflettono gli analoghi di
+\func{madvise}, con lo stesso effetto per tutti tranne
+\const{POSIX\_MADV\_DONTNEED}. Infatti a partire dalle \acr{glibc} 2.6
+\const{POSIX\_MADV\_DONTNEED} viene ignorato, in quanto l'uso del
+corrispondente \const{MADV\_DONTNEED} di \func{madvise} ha, per la semantica
+imperativa, l'effetto immediato di far liberare le pagine da parte del kernel,
+che viene considerato distruttivo.
-La richiesta di un file lock prevede una scansione della lista per determinare
-se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di un nuovo
-elemento.\footnote{cioè una nuova struttura \struct{file\_lock}.} Nel caso
-dei lock creati con \func{flock} la semantica della funzione prevede che sia
-\func{dup} che \func{fork} non creino ulteriori istanze di un file lock quanto
-piuttosto degli ulteriori riferimenti allo stesso. Questo viene realizzato dal
-kernel secondo lo schema di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, associando ad
-ogni nuovo \textit{file lock} un puntatore\footnote{il puntatore è mantenuto
- nel campo \var{fl\_file} di \struct{file\_lock}, e viene utilizzato solo per
- i lock creati con la semantica BSD.} alla voce nella \textit{file table} da
-cui si è richiesto il lock, che così ne identifica il titolare.
-
-Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un file lock,
-il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un file descriptor che
-fa riferimento ad una voce nella file table corrispondente a quella registrata
-nel lock. Allora se ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
-sez.~\ref{sec:file_sharing}, e cioè che i file descriptor duplicati e quelli
-ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella file
-table, si può capire immediatamente quali sono le conseguenze nei confronti
-delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
-
-Sarà così possibile rimuovere un file lock attraverso uno qualunque dei file
-descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella file table, anche se
-questo è diverso da quello con cui lo si è creato,\footnote{attenzione, questo
- non vale se il file descriptor fa riferimento allo stesso file, ma
- attraverso una voce diversa della file table, come accade tutte le volte che
- si apre più volte lo stesso file.} o se si esegue la rimozione in un
-processo figlio; inoltre una volta tolto un file lock, la rimozione avrà
-effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa voce nella file
-table, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una
-\func{fork}, anche su processi diversi.
-
-Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
-dei file lock, quando un file viene chiuso il kernel provveda anche a
-rimuovere tutti i lock ad esso associati. Anche in questo caso occorre tenere
-presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal caso
-infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il lock rimosso) fintanto
-che non viene rilasciata la relativa voce nella file table; e questo avverrà
-solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce
-sono stati chiusi. Quindi, nel caso ci siano duplicati o processi figli che
-mantengono ancora aperto un file descriptor, il lock non viene rilasciato.
-
-Si tenga presente infine che \func{flock} non è in grado di funzionare per i
-file mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di eseguire il
-\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia basata su \func{fcntl} che
-può funzionare anche attraverso NFS, a condizione che sia il client che il
-server supportino questa funzionalità.
-
-
-\subsection{Il file locking POSIX}
-\label{sec:file_posix_lock}
-
-La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è
-quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo
-già trattato questa funzione nelle sue molteplici possibilità di utilizzo in
-sez.~\ref{sec:file_fcntl}. Quando la si impiega per il \textit{file locking}
-essa viene usata solo secondo il prototipo:
-\begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
-
- Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EACCES}] L'operazione è proibita per la presenza di
- \textit{file lock} da parte di altri processi.
- \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
- sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock,
- o il protocollo per il locking remoto è fallito.
- \item[\errcode{EDEADLK}] Si è richiesto un lock su una regione bloccata da
- un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco di un lock
- mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto un
- \textit{deadlock}\index{\textit{deadlock}}. Non è garantito che il
- sistema riconosca sempre questa situazione.
- \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale prima
- di poter acquisire un lock.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT}.
- }
-\end{prototype}
-
-Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con
-\func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file, fino
-al singolo byte. Inoltre la funzione permette di ottenere alcune informazioni
-relative agli eventuali lock preesistenti. Per poter fare tutto questo la
-funzione utilizza come terzo argomento una apposita struttura \struct{flock}
-(la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:struct_flock}) nella quale
-inserire tutti i dati relativi ad un determinato lock. Si tenga presente poi
-che un lock fa sempre riferimento ad una regione, per cui si potrà avere un
-conflitto anche se c'è soltanto una sovrapposizione parziale con un'altra
-regione bloccata.
-
-\begin{figure}[!bht]
+
+
+\subsection{I/O vettorizzato: \func{readv} e \func{writev}}
+\label{sec:file_multiple_io}
+
+Una seconda modalità di I/O diversa da quella ordinaria è il cosiddetto
+\textsl{I/O vettorizzato}, che nasce per rispondere al caso abbastanza comune
+in cui ci si trova nell'esigenza di dover eseguire una serie multipla di
+operazioni di I/O, come una serie di letture o scritture di vari buffer. Un
+esempio tipico è quando i dati sono strutturati nei campi di una struttura ed
+essi devono essere caricati o salvati su un file. Benché l'operazione sia
+facilmente eseguibile attraverso una serie multipla di chiamate a \func{read}
+e \func{write}, ci sono casi in cui si vuole poter contare sulla atomicità
+delle operazioni di lettura e scrittura rispetto all'esecuzione del programma.
+
+Per questo motivo fino da BSD 4.2 vennero introdotte delle nuove
+\textit{system call} che permettessero di effettuare con una sola chiamata una
+serie di letture da, o scritture su, una serie di buffer, quello che poi venne
+chiamato \textsl{I/O vettorizzato}. Queste funzioni di sistema sono
+\funcd{readv} e \funcd{writev},\footnote{in Linux le due funzioni sono riprese
+ da BSD4.4, esse sono previste anche dallo standard POSIX.1-2001.} ed i
+relativi prototipi sono:
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/uio.h}
+\fdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
+\fdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
+\fdesc{Eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura vettorizzata.}
+}
+
+{Le funzioni ritornano il numero di byte letti o scritti in caso di successo e
+ $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
+ argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{IOV\_MAX}).
+ \end{errlist}
+ più tutti i valori, con lo stesso significato, che possono risultare
+ dalle condizioni di errore di \func{read} e \func{write}.
+ }
+\end{funcproto}
+
+
+Entrambe le funzioni usano una struttura \struct{iovec}, la cui definizione è
+riportata in fig.~\ref{fig:file_iovec}, che definisce dove i dati devono
+essere letti o scritti ed in che quantità. Il primo campo della struttura,
+\var{iov\_base}, contiene l'indirizzo del buffer ed il secondo,
+\var{iov\_len}, la dimensione dello stesso.
+
+\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/flock.h}
+ \begin{minipage}[c]{\textwidth}
+ \includestruct{listati/iovec.h}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il file
- locking.}
- \label{fig:struct_flock}
+ \caption{La struttura \structd{iovec}, usata dalle operazioni di I/O
+ vettorizzato.}
+ \label{fig:file_iovec}
\end{figure}
+La lista dei buffer da utilizzare viene indicata attraverso l'argomento
+\param{vector} che è un vettore di strutture \struct{iovec}, la cui lunghezza
+è specificata dall'argomento \param{count}.\footnote{fino alle libc5, Linux
+ usava \type{size\_t} come tipo dell'argomento \param{count}, una scelta
+ logica, che però è stata dismessa per restare aderenti allo standard
+ POSIX.1-2001.} Ciascuna struttura dovrà essere inizializzata opportunamente
+per indicare i vari buffer da e verso i quali verrà eseguito il trasferimento
+dei dati. Essi verranno letti (o scritti) nell'ordine in cui li si sono
+specificati nel vettore \param{vector}.
+
+La standardizzazione delle due funzioni all'interno della revisione
+POSIX.1-2001 prevede anche che sia possibile avere un limite al numero di
+elementi del vettore \param{vector}. Qualora questo sussista, esso deve essere
+indicato dal valore dalla costante \const{IOV\_MAX}, definita come le altre
+costanti analoghe (vedi sez.~\ref{sec:sys_limits}) in \headfile{limits.h}; lo
+stesso valore deve essere ottenibile in esecuzione tramite la funzione
+\func{sysconf} richiedendo l'argomento \const{\_SC\_IOV\_MAX} (vedi
+sez.~\ref{sec:sys_limits}).
+
+Nel caso di Linux il limite di sistema è di 1024, però se si usano le
+\acr{glibc} queste forniscono un \textit{wrapper} per le \textit{system call}
+che si accorge se una operazione supererà il precedente limite, in tal caso i
+dati verranno letti o scritti con le usuali \func{read} e \func{write} usando
+un buffer di dimensioni sufficienti appositamente allocato e sufficiente a
+contenere tutti i dati indicati da \param{vector}. L'operazione avrà successo
+ma si perderà l'atomicità del trasferimento da e verso la destinazione finale.
+
+Si tenga presente infine che queste funzioni operano sui file con
+l'interfaccia dei file descriptor, e non è consigliabile mescolarle con
+l'interfaccia classica dei \textit{file stream} di
+sez.~\ref{sec:files_std_interface}; a causa delle bufferizzazioni interne di
+quest'ultima infatti si potrebbero avere risultati indefiniti e non
+corrispondenti a quanto aspettato.
+
+Come per le normali operazioni di lettura e scrittura, anche per l'\textsl{I/O
+ vettorizzato} si pone il problema di poter effettuare le operazioni in
+maniera atomica a partire da un certa posizione sul file. Per questo motivo a
+partire dal kernel 2.6.30 sono state introdotte anche per l'\textsl{I/O
+ vettorizzato} le analoghe delle funzioni \func{pread} e \func{pwrite} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_read} e \ref{sec:file_write}); le due funzioni sono
+\funcd{preadv} e \funcd{pwritev} ed i rispettivi prototipi sono:\footnote{le
+ due funzioni sono analoghe alle omonime presenti in BSD; le \textit{system
+ call} usate da Linux (introdotte a partire dalla versione 2.6.30)
+ utilizzano degli argomenti diversi per problemi collegati al formato a 64
+ bit dell'argomento \param{offset}, che varia a seconda delle architetture,
+ ma queste differenze vengono gestite dalle funzioni di librerie di libreria
+ che mantengono l'interfaccia delle analoghe tratte da BSD.}
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/uio.h}
+\fdecl{int preadv(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+ offset)}
+\fdecl{int pwritev(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+ offset)}
+\fdesc{Eseguono una lettura o una scrittura vettorizzata a partire da una data
+ posizione sul file.}
+}
-I primi tre campi della struttura, \var{l\_whence}, \var{l\_start} e
-\var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento
-il lock: \var{l\_start} specifica il byte di partenza, \var{l\_len} la
-lunghezza della sezione e infine \var{l\_whence} imposta il riferimento da cui
-contare \var{l\_start}. Il valore di \var{l\_whence} segue la stessa semantica
-dell'omonimo argomento di \func{lseek}, coi tre possibili valori
-\const{SEEK\_SET}, \const{SEEK\_CUR} e \const{SEEK\_END}, (si vedano le
-relative descrizioni in sez.~\ref{sec:file_lseek}).
+{ Le funzioni hanno gli stessi valori di ritorno delle corrispondenti
+ \func{readv} e \func{writev} ed anche gli eventuali errori sono gli stessi,
+ con in più quelli che si possono ottenere dalle possibili condizioni di
+ errore di \func{lseek}.
+}
+\end{funcproto}
+
+Le due funzioni eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura
+vettorizzata a partire dalla posizione \param{offset} sul file indicato
+da \param{fd}, la posizione corrente sul file, come vista da eventuali altri
+processi che vi facciano riferimento, non viene alterata. A parte la presenza
+dell'ulteriore argomento il comportamento delle funzioni è identico alle
+precedenti \func{readv} e \func{writev}.
+
+Con l'uso di queste funzioni si possono evitare eventuali
+\itindex{race~condition} \textit{race condition} quando si deve eseguire la
+una operazione di lettura e scrittura vettorizzata a partire da una certa
+posizione su un file, mentre al contempo si possono avere in concorrenza
+processi che utilizzano lo stesso file descriptor (si ricordi quanto visto in
+sez.~\ref{sec:file_adv_func}) con delle chiamate a \func{lseek}.
+
+
+
+\subsection{L'I/O diretto fra file descriptor: \func{sendfile} e
+ \func{splice}}
+\label{sec:file_sendfile_splice}
+
+Uno dei problemi che si presentano nella gestione dell'I/O è quello in cui si
+devono trasferire grandi quantità di dati da un file descriptor ed un altro;
+questo usualmente comporta la lettura dei dati dal primo file descriptor in un
+buffer in memoria, da cui essi vengono poi scritti sul secondo.
+
+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
+\textit{kernel space} a \textit{user space} e all'indietro, quando in realtà
+potrebbe essere più efficiente mantenere tutto in \textit{kernel
+ space}. Tratteremo in questa sezione alcune funzioni specialistiche che
+permettono di ottimizzare le prestazioni in questo tipo di situazioni.
+
+La prima funzione che è stata ideata per ottimizzare il trasferimento dei dati
+fra due file descriptor è \func{sendfile}.\footnote{la funzione è stata
+ introdotta con i kernel della serie 2.2, e disponibile dalle \acr{glibc}
+ 2.1.} La funzione è presente in diverse versioni di Unix (la si ritrova ad
+esempio in FreeBSD, HPUX ed altri Unix) ma non è presente né in POSIX.1-2001
+né in altri standard (pertanto si eviti di utilizzarla se si devono scrivere
+programmi portabili) per cui per essa vengono utilizzati prototipi e
+semantiche differenti. Nel caso di Linux il prototipo di \funcd{sendfile} è:
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/sendfile.h}
+\fdecl{ssize\_t sendfile(int out\_fd, int in\_fd, off\_t *offset, size\_t
+ count)}
+\fdesc{Copia dei dati da un file descriptor ad un altro.}
+}
-Si tenga presente che un lock può essere richiesto anche per una regione al di
-là della corrente fine del file, così che una eventuale estensione dello
-stesso resti coperta dal blocco. Inoltre se si specifica un valore nullo per
-\var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla dimensione massima del
-file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque regione a partire da
-un certo punto fino alla fine del file, coprendo automaticamente quanto
-eventualmente aggiunto in coda allo stesso.
+{La funzione ritorna il numero di byte trasferiti in caso di successo e $-1$
+ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] si è impostata la modalità non bloccante su
+ \param{out\_fd} e la scrittura si bloccherebbe.
+ \item[\errcode{EINVAL}] i file descriptor non sono validi, o sono bloccati
+ (vedi sez.~\ref{sec:file_locking}), o \func{mmap} non è disponibile per
+ \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{EIO}] si è avuto un errore di lettura da \param{in\_fd}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per la lettura da
+ \param{in\_fd}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errcode{EBADF} e \errcode{EFAULT} nel loro significato
+ generico.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione copia direttamente \param{count} byte dal file descriptor
+\param{in\_fd} al file descriptor \param{out\_fd}. In caso di successo la
+funzione ritorna il numero di byte effettivamente copiati da \param{in\_fd} a
+\param{out\_fd} e come per le ordinarie \func{read} e \func{write} questo
+valore può essere inferiore a quanto richiesto con \param{count}.
+
+Se il puntatore \param{offset} è nullo la funzione legge i dati a partire
+dalla posizione corrente su \param{in\_fd}, altrimenti verrà usata la
+posizione indicata dal valore puntato da \param{offset}; in questo caso detto
+valore sarà aggiornato, come \textit{value result argument}, per indicare la
+posizione del byte successivo all'ultimo che è stato letto, mentre la
+posizione corrente sul file non sarà modificata. Se invece \param{offset} è
+nullo la posizione corrente sul file sarà aggiornata tenendo conto dei byte
+letti da \param{in\_fd}.
+
+Fino ai kernel della serie 2.4 la funzione era utilizzabile su un qualunque
+file descriptor, e permetteva di sostituire la invocazione successiva di una
+\func{read} e una \func{write} (e l'allocazione del relativo buffer) con una
+sola chiamata a \funcd{sendfile}. In questo modo si poteva diminuire il numero
+di chiamate al sistema e risparmiare in trasferimenti di dati da
+\textit{kernel space} a \textit{user space} e viceversa. La massima utilità
+della funzione si ottiene comunque per il trasferimento di dati da un file su
+disco ad un socket di rete,\footnote{questo è il caso classico del lavoro
+ eseguito da un server web, ed infatti Apache ha una opzione per il supporto
+ esplicito di questa funzione.} dato che in questo caso diventa possibile
+effettuare il trasferimento diretto via DMA dal controller del disco alla
+scheda di rete, senza neanche allocare un buffer nel kernel (il meccanismo è
+detto \textit{zerocopy} in quanto i dati non vengono mai copiati dal kernel,
+che si limita a programmare solo le operazioni di lettura e scrittura via DMA)
+ottenendo la massima efficienza possibile senza pesare neanche sul processore.
+
+In seguito però ci si accorse che, fatta eccezione per il trasferimento
+diretto da file a socket, non sempre \func{sendfile} comportava miglioramenti
+significativi delle prestazioni rispetto all'uso in sequenza di \func{read} e
+\func{write}. Nel caso generico infatti il kernel deve comunque allocare un
+buffer ed effettuare la copia dei dati, e in tal caso spesso il guadagno
+ottenibile nel ridurre il numero di chiamate al sistema non compensa le
+ottimizzazioni che possono essere fatte da una applicazione in \textit{user
+ space} che ha una conoscenza diretta su come questi sono strutturati, per
+cui in certi casi si potevano avere anche dei peggioramenti. Questo ha
+portato, per i kernel della serie 2.6,\footnote{per alcune motivazioni di
+ questa scelta si può fare riferimento a quanto illustrato da Linus Torvalds
+ in \url{http://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2001-03/0200.html}.}
+alla decisione di consentire l'uso della funzione soltanto quando il file da
+cui si legge supporta le operazioni di \textit{memory mapping} (vale a dire
+non è un socket) e quello su cui si scrive è un socket; in tutti gli altri
+casi l'uso di \func{sendfile} da luogo ad un errore di \errcode{EINVAL}.
+
+Nonostante ci possano essere casi in cui \func{sendfile} non migliora le
+prestazioni, resta il dubbio se la scelta di disabilitarla sempre per il
+trasferimento fra file di dati sia davvero corretta. Se ci sono peggioramenti
+di prestazioni infatti si può sempre fare ricorso al metodo ordinario, ma
+lasciare a disposizione la funzione consentirebbe se non altro di semplificare
+la gestione della copia dei dati fra file, evitando di dover gestire
+l'allocazione di un buffer temporaneo per il loro trasferimento. Comunque a
+partire dal kernel 2.6.33 la restrizione su \param{out\_fd} è stata rimossa e
+questo può essere un file qualunque, rimane però quella di non poter usare un
+socket per \param{in\_fd}.
+
+A partire dal kernel 2.6.17 come alternativa a \func{sendfile} è disponibile
+la nuova \textit{system call} \func{splice}. Lo scopo di questa funzione è
+quello di fornire un meccanismo generico per il trasferimento di dati da o
+verso un file, utilizzando un buffer gestito internamente dal
+kernel. Descritta in questi termini \func{splice} sembra semplicemente un
+``\textsl{dimezzamento}'' di \func{sendfile}, nel senso che un trasferimento
+di dati fra due file con \func{sendfile} non sarebbe altro che la lettura
+degli stessi su un buffer seguita dalla relativa scrittura, cosa che in questo
+caso si dovrebbe eseguire con due chiamate a \func{splice}.
+
+In realtà le due \textit{system call} sono profondamente diverse nel loro
+meccanismo di funzionamento;\footnote{questo fino al kernel 2.6.23, dove
+ \func{sendfile} è stata reimplementata in termini di \func{splice}, pur
+ mantenendo disponibile la stessa interfaccia verso l'\textit{user space}.}
+\func{sendfile} infatti, come accennato, non necessita di avere a disposizione
+un buffer interno, perché esegue un trasferimento diretto di dati; questo la
+rende in generale più efficiente, ma anche limitata nelle sue applicazioni,
+dato che questo tipo di trasferimento è possibile solo in casi specifici che
+nel caso di Linux questi sono anche solo quelli in cui essa può essere
+effettivamente utilizzata.
+
+Il concetto che sta dietro a \func{splice} invece è diverso,\footnote{in
+ realtà la proposta originale di Larry Mc Voy non differisce poi tanto negli
+ scopi da \func{sendfile}, quello che rende \func{splice} davvero diversa è
+ stata la reinterpretazione che ne è stata fatta nell'implementazione su
+ Linux realizzata da Jens Anxboe, concetti che sono esposti sinteticamente
+ dallo stesso Linus Torvalds in \url{http://kerneltrap.org/node/6505}.} si
+tratta semplicemente di una funzione che consente di fare in maniera del tutto
+generica delle operazioni di trasferimento di dati fra un file e un buffer
+gestito interamente in \textit{kernel space}. In questo caso il cuore della
+funzione (e delle affini \func{vmsplice} e \func{tee}, che tratteremo più
+avanti) è appunto l'uso di un buffer in \textit{kernel space}, e questo è
+anche quello che ne ha semplificato l'adozione, perché l'infrastruttura per la
+gestione di un tale buffer è presente fin dagli albori di Unix per la
+realizzazione delle \textit{pipe} (vedi sez.~\ref{sec:ipc_unix}). Dal punto di
+vista concettuale allora \func{splice} non è altro che una diversa interfaccia
+(rispetto alle \textit{pipe}) con cui utilizzare in \textit{user space}
+l'oggetto ``\textsl{buffer in kernel space}''.
+
+Così se per una \textit{pipe} o una \textit{fifo} il buffer viene utilizzato
+come area di memoria (vedi fig.~\ref{fig:ipc_pipe_singular}) dove appoggiare i
+dati che vengono trasferiti da un capo all'altro della stessa per creare un
+meccanismo di comunicazione fra processi, nel caso di \func{splice} il buffer
+viene usato o come fonte dei dati che saranno scritti su un file, o come
+destinazione dei dati che vengono letti da un file. La funzione fornisce
+quindi una interfaccia generica che consente di trasferire dati da un buffer
+ad un file o viceversa; il prototipo di \funcd{splice}, accessibile solo dopo
+aver definito la macro \macro{\_GNU\_SOURCE},\footnote{si ricordi che questa
+ funzione non è contemplata da nessuno standard, è presente solo su Linux, e
+ pertanto deve essere evitata se si vogliono scrivere programmi portabili.}
+è il seguente:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{long splice(int fd\_in, off\_t *off\_in, int fd\_out, off\_t
+ *off\_out, size\_t len, \\
+\phantom{long splice(}unsigned int flags)}
+\fdesc{Trasferisce dati da un file verso una \textit{pipe} o viceversa.}
+}
+
+{La funzione ritorna il numero di byte trasferiti in caso di successo e $-1$
+ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] uno o entrambi fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out}
+ non sono file descriptor validi o, rispettivamente, non sono stati
+ aperti in lettura o scrittura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il filesystem su cui si opera non supporta
+ \func{splice}, oppure nessuno dei file descriptor è una \textit{pipe},
+ oppure si
+ è dato un valore a \param{off\_in} o \param{off\_out} ma il
+ corrispondente file è un dispositivo che non supporta la funzione
+ \func{lseek}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \item[\errcode{ESPIPE}] o \param{off\_in} o \param{off\_out} non sono
+ \val{NULL} ma il corrispondente file descriptor è una \textit{pipe}.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+
+La funzione esegue un trasferimento di \param{len} byte dal file descriptor
+\param{fd\_in} al file descriptor \param{fd\_out}, uno dei quali deve essere
+una \textit{pipe}; l'altro file descriptor può essere qualunque, questo
+significa che può essere, oltre che un file di dati, anche un altra
+\textit{pipe}, o un socket. Come accennato una \textit{pipe} non è altro che
+un buffer in \textit{kernel space}, per cui a seconda che essa sia usata
+per \param{fd\_in} o \param{fd\_out} si avrà rispettivamente la copia dei dati
+dal buffer al file o viceversa.
+
+In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti, che può
+essere, come per le normali funzioni di lettura e scrittura su file, inferiore
+a quelli richiesti; un valore negativo indicherà un errore mentre un valore
+nullo indicherà che non ci sono dati da trasferire (ad esempio si è giunti
+alla fine del file in lettura). Si tenga presente che, a seconda del verso del
+trasferimento dei dati, la funzione si comporta nei confronti del file
+descriptor che fa riferimento al file ordinario, come \func{read} o
+\func{write}, e pertanto potrà anche bloccarsi (a meno che non si sia aperto
+il suddetto file in modalità non bloccante).
+
+I due argomenti \param{off\_in} e \param{off\_out} consentono di specificare,
+come per l'analogo \param{offset} di \func{sendfile}, la posizione all'interno
+del file da cui partire per il trasferimento dei dati. Come per
+\func{sendfile} un valore nullo indica di usare la posizione corrente sul
+file, ed essa sarà aggiornata automaticamente secondo il numero di byte
+trasferiti. Un valore non nullo invece deve essere un puntatore ad una
+variabile intera che indica la posizione da usare; questa verrà aggiornata, al
+ritorno della funzione, al byte successivo all'ultimo byte trasferito.
+Ovviamente soltanto uno di questi due argomenti, e più precisamente quello che
+fa riferimento al file descriptor non associato alla \textit{pipe}, può essere
+specificato come valore non nullo.
+
+Infine l'argomento \param{flags} consente di controllare alcune
+caratteristiche del funzionamento della funzione; il contenuto è una maschera
+binaria e deve essere specificato come OR aritmetico dei valori riportati in
+tab.~\ref{tab:splice_flag}. Alcuni di questi valori vengono utilizzati anche
+dalle funzioni \func{vmsplice} e \func{tee} per cui la tabella riporta le
+descrizioni complete di tutti i valori possibili anche quando, come per
+\const{SPLICE\_F\_GIFT}, questi non hanno effetto su \func{splice}.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\
- \const{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\
- \const{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un file lock.\\
- \hline
+ \const{SPLICE\_F\_MOVE} & Suggerisce al kernel di spostare le pagine
+ di memoria contenenti i dati invece di
+ copiarle: per una maggiore efficienza
+ \func{splice} usa quando possibile i
+ meccanismi della memoria virtuale per
+ eseguire i trasferimenti di dati. In maniera
+ analoga a \func{mmap}), qualora le pagine non
+ possano essere spostate dalla \textit{pipe} o
+ il buffer non corrisponda a pagine intere
+ esse saranno comunque copiate. Viene usato
+ soltanto da \func{splice}.\\
+ \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}& Richiede di operare in modalità non
+ bloccante; questo flag influisce solo sulle
+ operazioni che riguardano l'I/O da e verso la
+ \textit{pipe}. Nel caso di \func{splice}
+ questo significa che la funzione potrà
+ comunque bloccarsi nell'accesso agli altri
+ file descriptor (a meno che anch'essi non
+ siano stati aperti in modalità non
+ bloccante).\\
+ \const{SPLICE\_F\_MORE} & Indica al kernel che ci sarà l'invio di
+ ulteriori dati in una \func{splice}
+ successiva, questo è un suggerimento utile
+ che viene usato quando \param{fd\_out} è un
+ socket. Questa opzione consente di utilizzare
+ delle opzioni di gestione dei socket che
+ permettono di ottimizzare le trasmissioni via
+ rete (si veda la descrizione di
+ \const{TCP\_CORK} in
+ sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options} e quella
+ di \const{MSG\_MORE} in
+ sez.~\ref{sec:net_sendmsg}). Attualmente
+ viene usato solo da \func{splice}, potrà essere
+ implementato in futuro anche per
+ \func{vmsplice} e \func{tee}.\\
+ \const{SPLICE\_F\_GIFT} & Le pagine di memoria utente sono
+ ``\textsl{donate}'' al kernel; questo
+ significa che la cache delle pagine e i dati
+ su disco potranno differire, e che
+ l'applicazione non potrà modificare
+ quest'area di memoria.
+ Se impostato una seguente \func{splice} che
+ usa \const{SPLICE\_F\_MOVE} potrà spostare le
+ pagine con successo, altrimenti esse dovranno
+ essere copiate; per usare questa opzione i
+ dati dovranno essere opportunamente allineati
+ in posizione ed in dimensione alle pagine di
+ memoria. Viene usato soltanto da
+ \func{vmsplice}.\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
- \label{tab:file_flock_type}
+ \caption{Le costanti che identificano i bit della maschera binaria
+ dell'argomento \param{flags} di \func{splice}, \func{vmsplice} e
+ \func{tee}.}
+ \label{tab:splice_flag}
\end{table}
-Il tipo di file lock richiesto viene specificato dal campo \var{l\_type}, esso
-può assumere i tre valori definiti dalle costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:file_flock_type}, che permettono di richiedere rispettivamente
-uno \textit{shared lock}, un \textit{esclusive lock}, e la rimozione di un
-lock precedentemente acquisito. Infine il campo \var{l\_pid} viene usato solo
-in caso di lettura, quando si chiama \func{fcntl} con \const{F\_GETLK}, e
-riporta il \acr{pid} del processo che detiene il lock.
-
-Oltre a quanto richiesto tramite i campi di \struct{flock}, l'operazione
-effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore dall'argomento
-\param{cmd} che, come già riportato in sez.~\ref{sec:file_fcntl}, specifica
-l'azione da compiere; i valori relativi al file locking sono tre:
-\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
-\item[\const{F\_GETLK}] verifica se il file lock specificato dalla struttura
- puntata da \param{lock} può essere acquisito: in caso negativo sovrascrive
- la struttura \param{flock} con i valori relativi al lock già esistente che
- ne blocca l'acquisizione, altrimenti si limita a impostarne il campo
- \var{l\_type} con il valore \const{F\_UNLCK}.
-\item[\const{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da
- \param{lock} è \const{F\_RDLCK} o \const{F\_WRLCK} richiede il
- corrispondente file lock, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel caso la
- richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un lock preesistente la
- funzione ritorna immediatamente con un errore di \errcode{EACCES} o di
- \errcode{EAGAIN}.
-\item[\const{F\_SETLKW}] è identica a \const{F\_SETLK}, ma se la richiesta di
- non può essere soddisfatta per la presenza di un altro lock, mette il
- processo in stato di attesa fintanto che il lock precedente non viene
- rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna
- con un errore di \errcode{EINTR}.
-\end{basedescript}
-Si noti che per quanto detto il comando \const{F\_GETLK} non serve a rilevare
-una presenza generica di lock su un file, perché se ne esistono altri
-compatibili con quello richiesto, la funzione ritorna comunque impostando
-\var{l\_type} a \const{F\_UNLCK}. Inoltre a seconda del valore di
-\var{l\_type} si potrà controllare o l'esistenza di un qualunque tipo di lock
-(se è \const{F\_WRLCK}) o di write lock (se è \const{F\_RDLCK}). Si consideri
-poi che può esserci più di un lock che impedisce l'acquisizione di quello
-richiesto (basta che le regioni si sovrappongano), ma la funzione ne riporterà
-sempre soltanto uno, impostando \var{l\_whence} a \const{SEEK\_SET} ed i
-valori \var{l\_start} e \var{l\_len} per indicare quale è la regione bloccata.
-
-Infine si tenga presente che effettuare un controllo con il comando
-\const{F\_GETLK} e poi tentare l'acquisizione con \const{F\_SETLK} non è una
-operazione atomica (un altro processo potrebbe acquisire un lock fra le due
-chiamate) per cui si deve sempre verificare il codice di ritorno di
-\func{fcntl}\footnote{controllare il codice di ritorno delle funzioni invocate
- è comunque una buona norma di programmazione, che permette di evitare un
- sacco di errori difficili da tracciare proprio perché non vengono rilevati.}
-quando la si invoca con \const{F\_SETLK}, per controllare che il lock sia
-stato effettivamente acquisito.
+Per capire meglio il funzionamento di \func{splice} vediamo un esempio con un
+semplice programma che usa questa funzione per effettuare la copia di un file
+su un altro senza utilizzare buffer in \textit{user space}. Lo scopo del
+programma è quello di eseguire la copia dei dati con \func{splice}, questo
+significa che si dovrà usare la funzione due volte, prima per leggere i dati
+dal file di ingresso e poi per scriverli su quello di uscita, appoggiandosi ad
+una \textit{pipe}: lo schema del flusso dei dati è illustrato in
+fig.~\ref{fig:splicecp_data_flux}.
\begin{figure}[htb]
- \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
- \caption{Schema di una situazione di
- \textit{deadlock}\index{\textit{deadlock}}.}
- \label{fig:file_flock_dead}
+ \centering
+ \includegraphics[height=3.5cm]{img/splice_copy}
+ \caption{Struttura del flusso di dati usato dal programma \texttt{splicecp}.}
+ \label{fig:splicecp_data_flux}
\end{figure}
-Non operando a livello di interi file, il file locking POSIX introduce
-un'ulteriore complicazione; consideriamo la situazione illustrata in
-fig.~\ref{fig:file_flock_dead}, in cui il processo A blocca la regione 1 e il
-processo B la regione 2. Supponiamo che successivamente il processo A richieda
-un lock sulla regione 2 che non può essere acquisito per il preesistente lock
-del processo 2; il processo 1 si bloccherà fintanto che il processo 2 non
-rilasci il blocco. Ma cosa accade se il processo 2 nel frattempo tenta a sua
-volta di ottenere un lock sulla regione A? Questa è una tipica situazione che
-porta ad un \textit{deadlock}\index{\textit{deadlock}}, dato che a quel punto
-anche il processo 2 si bloccherebbe, e niente potrebbe sbloccare l'altro
-processo. Per questo motivo il kernel si incarica di rilevare situazioni di
-questo tipo, ed impedirle restituendo un errore di \errcode{EDEADLK} alla
-funzione che cerca di acquisire un lock che porterebbe ad un
-\textit{deadlock}.
-
-\begin{figure}[!bht]
- \centering \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock}
- \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare
- del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
- \label{fig:file_posix_lock}
+Il programma si chiama \texttt{splicecp.c} ed il codice completo è disponibile
+coi sorgenti allegati alla guida, il corpo principale del programma, che non
+contiene la sezione di gestione delle opzioni, le funzioni di ausilio, le
+aperture dei file di ingresso e di uscita passati come argomenti e quella
+della \textit{pipe} intermedia, è riportato in fig.~\ref{fig:splice_example}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
+ \includecodesample{listati/splicecp.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa \func{splice} per effettuare la copia di
+ un file.}
+ \label{fig:splice_example}
\end{figure}
+Il ciclo principale (\texttt{\small 13-38}) inizia con la lettura dal file
+sorgente tramite la prima \func{splice} (\texttt{\small 14-15}), in questo
+caso si è usato come primo argomento il file descriptor del file sorgente e
+come terzo quello del capo in scrittura della \textit{pipe}. Il funzionamento
+delle \textit{pipe} e l'uso della coppia di file descriptor ad esse associati
+è trattato in dettaglio in sez.~\ref{sec:ipc_unix}; non ne parleremo qui dato
+che nell'ottica dell'uso di \func{splice} questa operazione corrisponde
+semplicemente al trasferimento dei dati dal file al buffer in \textit{kernel
+ space}.
+
+La lettura viene eseguita in blocchi pari alla dimensione specificata
+dall'opzione \texttt{-s} (il default è 4096); essendo in questo caso
+\func{splice} equivalente ad una \func{read} sul file, se ne controlla il
+valore di uscita in \var{nread} che indica quanti byte sono stati letti, se
+detto valore è nullo (\texttt{\small 16}) questo significa che si è giunti
+alla fine del file sorgente e pertanto l'operazione di copia è conclusa e si
+può uscire dal ciclo arrivando alla conclusione del programma (\texttt{\small
+ 59}). In caso di valore negativo (\texttt{\small 17-24}) c'è stato un
+errore ed allora si ripete la lettura (\texttt{\small 16}) se questo è dovuto
+ad una interruzione, o altrimenti si esce con un messaggio di errore
+(\texttt{\small 21-23}).
+
+Una volta completata con successo la lettura si avvia il ciclo di scrittura
+(\texttt{\small 25-37}); questo inizia (\texttt{\small 26-27}) con la
+seconda \func{splice} che cerca di scrivere gli \var{nread} byte letti, si
+noti come in questo caso il primo argomento faccia di nuovo riferimento alla
+\textit{pipe} (in questo caso si usa il capo in lettura, per i dettagli si
+veda al solito sez.~\ref{sec:ipc_unix}) mentre il terzo sia il file descriptor
+del file di destinazione.
+
+Di nuovo si controlla il numero di byte effettivamente scritti restituito in
+\var{nwrite} e in caso di errore al solito si ripete la scrittura se questo è
+dovuto a una interruzione o si esce con un messaggio negli altri casi
+(\texttt{\small 28-35}). Infine si chiude il ciclo di scrittura sottraendo
+(\texttt{\small 37}) il numero di byte scritti a quelli di cui è richiesta la
+scrittura,\footnote{in questa parte del ciclo \var{nread}, il cui valore
+ iniziale è dato dai byte letti dalla precedente chiamata a \func{splice},
+ viene ad assumere il significato di byte da scrivere.} così che il ciclo di
+scrittura venga ripetuto fintanto che il valore risultante sia maggiore di
+zero, indice che la chiamata a \func{splice} non ha esaurito tutti i dati
+presenti sul buffer.
+
+Si noti come il programma sia concettualmente identico a quello che si sarebbe
+scritto usando \func{read} al posto della prima \func{splice} e \func{write}
+al posto della seconda, utilizzando un buffer in \textit{user space} per
+eseguire la copia dei dati, solo che in questo caso non è stato necessario
+allocare nessun buffer e non si è trasferito nessun dato in \textit{user
+ space}. Si noti anche come si sia usata la combinazione
+\texttt{SPLICE\_F\_MOVE | SPLICE\_F\_MORE } per l'argomento \param{flags} di
+\func{splice}, infatti anche se un valore nullo avrebbe dato gli stessi
+risultati, l'uso di questi flag, che si ricordi servono solo a dare
+suggerimenti al kernel, permette in genere di migliorare le prestazioni.
+
+Come accennato con l'introduzione di \func{splice} sono state realizzate anche
+altre due \textit{system call}, \func{vmsplice} e \func{tee}, che utilizzano
+la stessa infrastruttura e si basano sullo stesso concetto di manipolazione e
+trasferimento di dati attraverso un buffer in \textit{kernel space}; benché
+queste non attengono strettamente ad operazioni di trasferimento dati fra file
+descriptor, le tratteremo qui, essendo strettamente correlate fra loro.
+
+La prima funzione, \funcd{vmsplice}, è la più simile a \func{splice} e come
+indica il suo nome consente di trasferire i dati dalla memoria virtuale di un
+processo (ad esempio per un file mappato in memoria) verso una \textit{pipe};
+il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fhead{sys/uio.h}
+\fdecl{long vmsplice(int fd, const struct iovec *iov, unsigned long nr\_segs,\\
+\phantom{long vmsplice(}unsigned int flags)}
+\fdesc{Trasferisce dati dalla memoria di un processo verso una \textit{pipe}.}
+}
-Per capire meglio il funzionamento del file locking in semantica POSIX (che
-differisce alquanto rispetto da quello di BSD, visto
-sez.~\ref{sec:file_flock}) esaminiamo più in dettaglio come viene gestito dal
-kernel. Lo schema delle strutture utilizzate è riportato in
-fig.~\ref{fig:file_posix_lock}; come si vede esso è molto simile all'analogo
-di fig.~\ref{fig:file_flock_struct}:\footnote{in questo caso nella figura si
- sono evidenziati solo i campi di \struct{file\_lock} significativi per la
- semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
- \acr{pid} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene
- bloccata grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}. La struttura è
- comunque la stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è
- impostato il bit \const{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene
- usato.} il lock è sempre associato all'inode\index{inode}, solo che in
-questo caso la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una
-voce nella file table, ma con il valore del \acr{pid} del processo.
-
-Quando si richiede un lock il kernel effettua una scansione di tutti i lock
-presenti sul file\footnote{scandisce cioè la linked list delle strutture
- \struct{file\_lock}, scartando automaticamente quelle per cui
- \var{fl\_flags} non è \const{FL\_POSIX}, così che le due interfacce restano
- ben separate.} per verificare se la regione richiesta non si sovrappone ad
-una già bloccata, in caso affermativo decide in base al tipo di lock, in caso
-negativo il nuovo lock viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
-
-Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
-\acr{pid} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel lock.
-Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
-dei lock POSIX. La prima conseguenza è che un lock POSIX non viene mai
-ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo figlio avrà un
-\acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una \func{exec} in quanto
-il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al contrario di quanto
-avveniva con la semantica BSD, quando processo termina tutti i file lock da
-esso detenuti vengono immediatamente rilasciati.
-
-La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento
-allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una
-\func{open} in questo caso non fa differenza) può essere usato per rimuovere
-un lock, dato che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da questo
-deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
-chiusura di un file i lock ad esso associati vengono rimossi, nella semantica
-POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare tutti i
-lock relativi al file cui esso faceva riferimento, anche se questi fossero
-stati creati usando altri file descriptor che restano aperti.
-
-Dato che il controllo sull'accesso ai lock viene eseguito sulla base del
-\acr{pid} del processo, possiamo anche prendere in considerazione un'altro
-degli aspetti meno chiari di questa interfaccia e cioè cosa succede quando si
-richiedono dei lock su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
-stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
-solo sul \acr{pid} del processo che chiama la funzione, queste richieste
-avranno sempre successo.
-
-Nel caso della semantica BSD, essendo i lock relativi a tutto un file e non
-accumulandosi,\footnote{questa ultima caratteristica è vera in generale, se
- cioè si richiede più volte lo stesso file lock, o più lock sulla stessa
- sezione di file, le richieste non si cumulano e basta una sola richiesta di
- rilascio per cancellare il lock.} la cosa non ha alcun effetto; la funzione
-ritorna con successo, senza che il kernel debba modificare la lista dei lock.
-In questo caso invece si possono avere una serie di situazioni diverse: ad
-esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più lock distinti
-(indicando in una regione che si sovrapponga completamente a quelle di questi
-ultimi), o rimuovere solo una parte di un lock preesistente (indicando una
-regione contenuta in quella di un altro lock), creando un buco, o coprire con
-un nuovo lock altri lock già ottenuti, e così via, a secondo di come si
-sovrappongono le regioni richieste e del tipo di operazione richiesta. Il
-comportamento seguito in questo caso che la funzione ha successo ed esegue
-l'operazione richiesta sulla regione indicata; è compito del kernel
-preoccuparsi di accorpare o dividere le voci nella lista dei lock per far si
-che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti con quanto
-necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
+{La funzione ritorna il numero di byte trasferiti in caso di successo e $-1$
+ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] o \param{fd} non è un file descriptor valido o non
+ fa riferimento ad una \textit{pipe}.
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore nullo per \param{nr\_segs}
+ oppure si è usato \const{SPLICE\_F\_GIFT} ma la memoria non è allineata.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La \textit{pipe} indicata da \param{fd} dovrà essere specificata tramite il
+file descriptor corrispondente al suo capo aperto in scrittura (di nuovo si
+faccia riferimento a sez.~\ref{sec:ipc_unix}), mentre per indicare quali
+segmenti della memoria del processo devono essere trasferiti verso di essa si
+dovrà utilizzare un vettore di strutture \struct{iovec} (vedi
+fig.~\ref{fig:file_iovec}), esattamente con gli stessi criteri con cui le si
+usano per l'I/O vettorizzato, indicando gli indirizzi e le dimensioni di
+ciascun segmento di memoria su cui si vuole operare; le dimensioni del
+suddetto vettore devono essere passate nell'argomento \param{nr\_segs} che
+indica il numero di segmenti di memoria da trasferire. Sia per il vettore che
+per il valore massimo di \param{nr\_segs} valgono le stesse limitazioni
+illustrate in sez.~\ref{sec:file_multiple_io}.
+
+In caso di successo la funzione ritorna il numero di byte trasferiti sulla
+\textit{pipe}. In generale, se i dati una volta creati non devono essere
+riutilizzati (se cioè l'applicazione che chiama \func{vmsplice} non
+modificherà più la memoria trasferita), è opportuno utilizzare
+per \param{flag} il valore \const{SPLICE\_F\_GIFT}; questo fa sì che il kernel
+possa rimuovere le relative pagine dalla cache della memoria virtuale, così
+che queste possono essere utilizzate immediatamente senza necessità di
+eseguire una copia dei dati che contengono.
+
+La seconda funzione aggiunta insieme a \func{splice} è \func{tee}, che deve il
+suo nome all'omonimo comando in \textit{user space}, perché in analogia con
+questo permette di duplicare i dati in ingresso su una \textit{pipe} su
+un'altra \textit{pipe}. In sostanza, sempre nell'ottica della manipolazione
+dei dati su dei buffer in \textit{kernel space}, la funzione consente di
+eseguire una copia del contenuto del buffer stesso. Il prototipo di
+\funcd{tee} è il seguente:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{long tee(int fd\_in, int fd\_out, size\_t len, unsigned int
+ flags)}
+\fdesc{Duplica i dati da una \textit{pipe} ad un'altra.}
+}
+
+{La funzione ritorna restituisce il numero di byte copiati in caso di successo
+ e $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] o uno fra \param{fd\_in} e \param{fd\_out} non fa
+ riferimento ad una \textit{pipe} o entrambi fanno riferimento alla
+ stessa \textit{pipe}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'operazione
+ richiesta.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione copia \param{len} byte del contenuto di una \textit{pipe} su di
+un'altra; \param{fd\_in} deve essere il capo in lettura della \textit{pipe}
+sorgente e \param{fd\_out} il capo in scrittura della \textit{pipe}
+destinazione; a differenza di quanto avviene con \func{read} i dati letti con
+\func{tee} da \param{fd\_in} non vengono \textsl{consumati} e restano
+disponibili sulla \textit{pipe} per una successiva lettura (di nuovo per il
+comportamento delle \textit{pipe} si veda sez.~\ref{sec:ipc_unix}). Al
+momento\footnote{quello della stesura di questo paragrafo, avvenuta il Gennaio
+ 2010, in futuro potrebbe essere implementato anche \const{SPLICE\_F\_MORE}.}
+il solo valore utilizzabile per \param{flag}, fra quelli elencati in
+tab.~\ref{tab:splice_flag}, è \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK} che rende la
+funzione non bloccante.
+
+La funzione restituisce il numero di byte copiati da una \textit{pipe}
+all'altra (o $-1$ in caso di errore), un valore nullo indica che non ci sono
+byte disponibili da copiare e che il capo in scrittura della \textit{pipe} è
+stato chiuso; si tenga presente però che questo non avviene se si è impostato
+il flag \const{SPLICE\_F\_NONBLOCK}, in tal caso infatti si avrebbe un errore
+di \errcode{EAGAIN}. Un esempio di realizzazione del comando \texttt{tee}
+usando questa funzione, ripreso da quello fornito nella pagina di manuale e
+dall'esempio allegato al patch originale, è riportato in
+fig.~\ref{fig:tee_example}. Il programma consente di copiare il contenuto
+dello \textit{standard input} sullo \textit{standard output} e su un file
+specificato come argomento, il codice completo si trova nel file
+\texttt{tee.c} dei sorgenti allegati alla guida.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includecodesample{listati/Flock.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
- \label{fig:file_flock_code}
+ \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
+ \includecodesample{listati/tee.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice che usa \func{tee} per copiare i dati dello
+ standard input sullo standard output e su un file.}
+ \label{fig:tee_example}
\end{figure}
-Per fare qualche esempio sul file locking si è scritto un programma che
-permette di bloccare una sezione di un file usando la semantica POSIX, o un
-intero file usando la semantica BSD; in fig.~\ref{fig:file_flock_code} è
-riportata il corpo principale del codice del programma, (il testo completo è
-allegato nella directory dei sorgenti).
-
-La sezione relativa alla gestione delle opzioni al solito si è omessa, come la
-funzione che stampa le istruzioni per l'uso del programma, essa si cura di
-impostare le variabili \var{type}, \var{start} e \var{len}; queste ultime due
-vengono inizializzate al valore numerico fornito rispettivamente tramite gli
-switch \code{-s} e \cmd{-l}, mentre il valore della prima viene impostato con
-le opzioni \cmd{-w} e \cmd{-r} si richiede rispettivamente o un write lock o
-read lock (i due valori sono esclusivi, la variabile assumerà quello che si è
-specificato per ultimo). Oltre a queste tre vengono pure impostate la
-variabile \var{bsd}, che abilita la semantica omonima quando si invoca
-l'opzione \cmd{-f} (il valore preimpostato è nullo, ad indicare la semantica
-POSIX), e la variabile \var{cmd} che specifica la modalità di richiesta del
-lock (bloccante o meno), a seconda dell'opzione \cmd{-b}.
-
-Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11--14}) che venga passato
-un parametro (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
- 15--18}) il tipo di lock, dopo di che apre (\texttt{\small 19}) il file,
-uscendo (\texttt{\small 20--23}) in caso di errore. A questo punto il
-comportamento dipende dalla semantica scelta; nel caso sia BSD occorre
-reimpostare il valore di \var{cmd} per l'uso con \func{flock}; infatti il
-valore preimpostato fa riferimento alla semantica POSIX e vale rispettivamente
-\const{F\_SETLKW} o \const{F\_SETLK} a seconda che si sia impostato o meno la
-modalità bloccante.
-
-Nel caso si sia scelta la semantica BSD (\texttt{\small 25--34}) prima si
-controlla (\texttt{\small 27--31}) il valore di \var{cmd} per determinare se
-si vuole effettuare una chiamata bloccante o meno, reimpostandone il valore
-opportunamente, dopo di che a seconda del tipo di lock al valore viene
-aggiunta la relativa opzione (con un OR aritmetico, dato che \func{flock}
-vuole un argomento \param{operation} in forma di maschera binaria. Nel caso
-invece che si sia scelta la semantica POSIX le operazioni sono molto più
-immediate, si prepara (\texttt{\small 36--40}) la struttura per il lock, e lo
-esegue (\texttt{\small 41}).
-
-In entrambi i casi dopo aver richiesto il lock viene controllato il risultato
-uscendo (\texttt{\small 44--46}) in caso di errore, o stampando un messaggio
-(\texttt{\small 47--49}) in caso di successo. Infine il programma si pone in
-attesa (\texttt{\small 50}) finché un segnale (ad esempio un \cmd{C-c} dato da
-tastiera) non lo interrompa; in questo caso il programma termina, e tutti i
-lock vengono rilasciati.
-
-Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del file
-locking; cominciamo con l'eseguire un read lock su un file, ad esempio usando
-all'interno di un terminale il seguente comando:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il programma segnalerà di aver acquisito un lock e si bloccherà; in questo
-caso si è usato il file locking POSIX e non avendo specificato niente riguardo
-alla sezione che si vuole bloccare sono stati usati i valori preimpostati che
-bloccano tutto il file. A questo punto se proviamo ad eseguire lo stesso
-comando in un altro terminale, e avremo lo stesso risultato. Se invece
-proviamo ad eseguire un write lock avremo:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
-lock, dato che il file è bloccato dal precedente read lock. Si noti che il
-risultato è lo stesso anche se si richiede il blocco su una sola parte del
-file con il comando:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-se invece blocchiamo una regione con:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s0 -l10 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-una volta che riproviamo ad acquisire il write lock i risultati dipenderanno
-dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due regioni si
-sovrappongono avremo che:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s5 -l15 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-ed il lock viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
-avremo che:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s11 -l15 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-ed il lock viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un read
-lock che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -s10 -l20 Flock.c
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-come ci aspettiamo questo non sarà consentito.
-
-Il programma di norma esegue il tentativo di acquisire il lock in modalità non
-bloccante, se però usiamo l'opzione \cmd{-b} possiamo impostare la modalità
-bloccante, riproviamo allora a ripetere le prove precedenti con questa
-opzione:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il primo comando acquisisce subito un read lock, e quindi non cambia nulla, ma
-se proviamo adesso a richiedere un write lock che non potrà essere acquisito
-otterremo:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
-punto rilasciamo il precedente lock (terminando il primo comando un
-\texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
-lock viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./flock -w -s0 -l10 Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}%$
-\end{minipage}\vspace{3mm}
-\par\noindent
-
-Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
-fra i due tipi di lock; se ripartiamo dal primo comando con cui si è ottenuto
-un lock in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa succede quando
-si cerca di ottenere un lock in scrittura con la semantica BSD:
-
-\vspace{1mm}
-\begin{minipage}[c]{12cm}
-\begin{verbatim}
-[root@gont sources]# ./flock -f -w Flock.c
-Lock acquired
-\end{verbatim}
-\end{minipage}\vspace{1mm}
-\par\noindent
-che ci mostra come i due tipi di lock siano assolutamente indipendenti; per
-questo motivo occorre sempre tenere presente quale fra le due semantiche
-disponibili stanno usando i programmi con cui si interagisce, dato che i lock
-applicati con l'altra non avrebbero nessun effetto.
-
-
-
-\subsection{La funzione \func{lockf}}
-\label{sec:file_lockf}
-
-Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il file locking sia molto più
-potente e flessibile di quella di BSD, questo comporta anche una maggiore
-complessità per via delle varie opzioni da passare a \func{fcntl}. Per questo
-motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata (ripresa da System V)
-che utilizza la funzione \funcd{lockf}, il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
-
- Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di
- errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] Non è possibile acquisire il lock, e si è
- selezionato \const{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il
- file è mappato in memoria.
- \item[\errcode{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci
- sono troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINVAL}.
- }
-\end{prototype}
-
-Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd},
-che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in
-tab.~\ref{tab:file_lockf_type}.
+La prima parte del programma, che si è omessa per brevità, si cura
+semplicemente di controllare che sia stato fornito almeno un argomento (il
+nome del file su cui scrivere), di aprirlo e che sia lo standard input che lo
+standard output corrispondano ad una \textit{pipe}.
+
+Il ciclo principale (\texttt{\small 11-32}) inizia con la chiamata a
+\func{tee} che duplica il contenuto dello standard input sullo standard output
+(\texttt{\small 13}), questa parte è del tutto analoga ad una lettura ed
+infatti come nell'esempio di fig.~\ref{fig:splice_example} si controlla il
+valore di ritorno della funzione in \var{len}; se questo è nullo significa che
+non ci sono più dati da leggere e si chiude il ciclo (\texttt{\small 14}), se
+è negativo c'è stato un errore, ed allora si ripete la chiamata se questo è
+dovuto ad una interruzione (\texttt{\small 15-48}) o si stampa un messaggio
+di errore e si esce negli altri casi (\texttt{\small 18-21}).
+
+Una volta completata la copia dei dati sullo \textit{standard output} si
+possono estrarre dallo \textit{standard input} e scrivere sul file, di nuovo
+su usa un ciclo di scrittura (\texttt{\small 24-31}) in cui si ripete una
+chiamata a \func{splice} (\texttt{\small 25}) fintanto che non si sono scritti
+tutti i \var{len} byte copiati in precedenza con \func{tee} (il funzionamento
+è identico all'analogo ciclo di scrittura del precedente esempio di
+fig.~\ref{fig:splice_example}).
+
+Infine una nota finale riguardo \func{splice}, \func{vmsplice} e \func{tee}:
+occorre sottolineare che benché finora si sia parlato di trasferimenti o copie
+di dati in realtà nella implementazione di queste \textit{system call} non è
+affatto detto che i dati vengono effettivamente spostati o copiati, il kernel
+infatti realizza le \textit{pipe} come un insieme di puntatori\footnote{per
+ essere precisi si tratta di un semplice buffer circolare, un buon articolo
+ sul tema si trova su \url{http://lwn.net/Articles/118750/}.} alle pagine di
+memoria interna che contengono i dati, per questo una volta che i dati sono
+presenti nella memoria del kernel tutto quello che viene fatto è creare i
+suddetti puntatori ed aumentare il numero di referenze; questo significa che
+anche con \func{tee} non viene mai copiato nessun byte, vengono semplicemente
+copiati i puntatori.
+
+% TODO?? dal 2.6.25 splice ha ottenuto il supporto per la ricezione su rete
+
+
+\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 e controllare la gestione del relativo
+\textit{caching}.
+
+\itindbeg{read-ahead}
+
+Una prima funzione che può essere utilizzata per modificare la gestione
+ordinaria dell'I/O su un file è \funcd{readahead} (questa è una funzione
+specifica di Linux, introdotta con il kernel 2.4.13, e non deve essere usata
+se si vogliono scrivere programmi portabili), che consente di richiedere una
+lettura anticipata del contenuto dello stesso in cache, così che le seguenti
+operazioni di lettura non debbano subire il ritardo dovuto all'accesso al
+disco; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{ssize\_t readahead(int fd, off64\_t *offset, size\_t count)}
+\fdesc{Esegue una lettura preventiva del contenuto di un file in cache.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido o non è aperto in lettura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{fd} si riferisce ad un tipo di
+ file che non supporta l'operazione (come una \textit{pipe} o un socket).
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede che venga letto in anticipo il contenuto del file
+\param{fd} a partire dalla posizione \param{offset} e per un ammontare di
+\param{count} byte, in modo da portarlo in cache. La funzione usa la memoria
+virtuale ed il meccanismo della paginazione per cui la lettura viene eseguita
+in blocchi corrispondenti alle dimensioni delle pagine di memoria, ed i valori
+di \param{offset} e \param{count} vengono arrotondati di conseguenza.
+
+La funzione estende quello che è un comportamento normale del kernel che,
+quando si legge un file, aspettandosi che l'accesso prosegua, esegue sempre
+una lettura preventiva di una certa quantità di dati; questo meccanismo di
+lettura anticipata viene chiamato \textit{read-ahead}, da cui deriva il nome
+della funzione. La funzione \func{readahead}, per ottimizzare gli accessi a
+disco, effettua la lettura in cache della sezione richiesta e si blocca
+fintanto che questa non viene completata. La posizione corrente sul file non
+viene modificata ed indipendentemente da quanto indicato con \param{count} la
+lettura dei dati si interrompe una volta raggiunta la fine del file.
+
+Si può utilizzare questa funzione per velocizzare le operazioni di lettura
+all'interno di un programma tutte le volte che si conosce in anticipo quanti
+dati saranno necessari nelle elaborazioni successive. Si potrà così
+concentrare in un unico momento (ad esempio in fase di inizializzazione) la
+lettura dei dati da disco, così da ottenere una migliore velocità di risposta
+nelle operazioni successive.
+
+\itindend{read-ahead}
+
+Il concetto di \func{readahead} viene generalizzato nello standard
+POSIX.1-2001 dalla funzione \func{posix\_fadvise} (anche se
+l'argomento \param{len} è stato modificato da \type{size\_t} a \type{off\_t}
+nella revisione POSIX.1-2003 TC1) che consente di ``\textsl{avvisare}'' il
+kernel sulle modalità con cui si intende accedere nel futuro ad una certa
+porzione di un file, così che esso possa provvedere le opportune
+ottimizzazioni; il prototipo di \funcd{posix\_fadvise}\footnote{la funzione è
+ stata introdotta su Linux solo a partire dal kernel 2.5.60, ed è disponibile
+ soltanto se è stata definita la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad valore di
+ almeno \texttt{600} o la macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} ad valore di
+ almeno \texttt{200112L}.} è:
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{int posix\_fadvise(int fd, off\_t offset, off\_t len, int advice)}
+\fdesc{Dichiara al kernel le future modalità di accesso ad un file.}
+}
+
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il valore di \param{advice} non è valido o
+ \param{fd} si riferisce ad un tipo di file che non supporta l'operazione
+ (come una \textit{pipe} o un socket).
+ \item[\errcode{ESPIPE}] previsto dallo standard se \param{fd} è una
+ \textit{pipe} o un socket (ma su Linux viene restituito
+ \errcode{EINVAL}).
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione dichiara al kernel le modalità con cui intende accedere alla
+regione del file indicato da \param{fd} che inizia alla posizione
+\param{offset} e si estende per \param{len} byte. Se per \param{len} si usa un
+valore nullo la regione coperta sarà da \param{offset} alla fine del file, ma
+questo è vero solo per le versioni più recenti, fino al kernel 2.6.6 il valore
+nullo veniva interpretato letteralmente. Le modalità sono indicate
+dall'argomento \param{advice} che è una maschera binaria dei valori illustrati
+in tab.~\ref{tab:posix_fadvise_flag}, che riprendono il significato degli
+analoghi già visti in sez.~\ref{sec:file_memory_map} per
+\func{madvise}.\footnote{dato che si tratta dello stesso tipo di funzionalità,
+ in questo caso applicata direttamente al sistema ai contenuti di un file
+ invece che alla sua mappatura in memoria.} Si tenga presente comunque che la
+funzione dà soltanto un avvertimento, non esiste nessun vincolo per il kernel,
+che utilizza semplicemente l'informazione.
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
\hline
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \const{LOCK\_SH}& Richiede uno \textit{shared lock}. Più processi possono
- mantenere un lock condiviso sullo stesso file.\\
- \const{LOCK\_EX}& Richiede un \textit{exclusive lock}. Un solo processo
- alla volta può mantenere un lock esclusivo su un file. \\
- \const{LOCK\_UN}& Sblocca il file.\\
- \const{LOCK\_NB}& Non blocca la funzione quando il lock non è disponibile,
- si specifica sempre insieme ad una delle altre operazioni
- con un OR aritmetico dei valori.\\
- \hline
+ \const{POSIX\_FADV\_NORMAL} & Non ci sono avvisi specifici da fare
+ riguardo le modalità di accesso, il
+ comportamento sarà identico a quello che si
+ avrebbe senza nessun avviso.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL}& L'applicazione si aspetta di accedere di
+ accedere ai dati specificati in maniera
+ sequenziale, a partire dalle posizioni più
+ basse.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_RANDOM} & I dati saranno letti in maniera
+ completamente causale.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} & I dati saranno acceduti una sola volta.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}& I dati saranno acceduti a breve.\\
+ \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED}& I dati non saranno acceduti a breve.\\
+ \hline
\end{tabular}
- \caption{Valori possibili per l'argomento \param{cmd} di \func{lockf}.}
- \label{tab:file_lockf_type}
+ \caption{Valori delle costanti usabili per l'argomento \param{advice} di
+ \func{posix\_fadvise}, che indicano la modalità con cui si intende accedere
+ ad un file.}
+ \label{tab:posix_fadvise_flag}
\end{table}
-Qualora il lock non possa essere acquisito, a meno di non aver specificato
-\const{LOCK\_NB}, la funzione si blocca fino alla disponibilità dello stesso.
-Dato che la funzione è implementata utilizzando \func{fcntl} la semantica
-delle operazioni è la stessa di quest'ultima (pertanto la funzione non è
-affatto equivalente a \func{flock}).
-
-
-
-\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
-\label{sec:file_mand_locking}
-
-Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
-per introdurre un file locking che, come dice il nome, fosse effettivo
-indipendentemente dai controlli eseguiti da un processo. Con il
-\textit{mandatory locking} infatti è possibile far eseguire il blocco del file
-direttamente al sistema, così che, anche qualora non si predisponessero le
-opportune verifiche nei processi, questo verrebbe comunque rispettato.
-
-Per poter utilizzare il \textit{mandatory locking} è stato introdotto un
-utilizzo particolare del bit \acr{sgid}. Se si ricorda quanto esposto in
-sez.~\ref{sec:file_suid_sgid}), esso viene di norma utilizzato per cambiare il
-group-ID effettivo con cui viene eseguito un programma, ed è pertanto sempre
-associato alla presenza del permesso di esecuzione per il gruppo. Impostando
-questo bit su un file senza permesso di esecuzione in un sistema che supporta
-il \textit{mandatory locking}, fa sì che quest'ultimo venga attivato per il
-file in questione. In questo modo una combinazione dei permessi
-originariamente non contemplata, in quanto senza significato, diventa
-l'indicazione della presenza o meno del \textit{mandatory
- locking}.\footnote{un lettore attento potrebbe ricordare quanto detto in
- sez.~\ref{sec:file_chmod} e cioè che il bit \acr{sgid} viene cancellato (come
- misura di sicurezza) quando di scrive su un file, questo non vale quando
- esso viene utilizzato per attivare il \textit{mandatory locking}.}
-
-L'uso del \textit{mandatory locking} presenta vari aspetti delicati, dato che
-neanche root può passare sopra ad un lock; pertanto un processo che blocchi un
-file cruciale può renderlo completamente inaccessibile, rendendo completamente
-inutilizzabile il sistema\footnote{il problema si potrebbe risolvere
- rimuovendo il bit \acr{sgid}, ma non è detto che sia così facile fare questa
- operazione con un sistema bloccato.} inoltre con il \textit{mandatory
- locking} si può bloccare completamente un server NFS richiedendo una lettura
-su un file su cui è attivo un lock. Per questo motivo l'abilitazione del
-mandatory locking è di norma disabilitata, e deve essere attivata filesystem
-per filesystem in fase di montaggio (specificando l'apposita opzione di
-\func{mount} riportata in tab.~\ref{tab:sys_mount_flags}, o con l'opzione
-\cmd{mand} per il comando).
-
-Si tenga presente inoltre che il \textit{mandatory locking} funziona solo
-sull'interfaccia POSIX di \func{fcntl}. Questo ha due conseguenze: che non si
-ha nessun effetto sui lock richiesti con l'interfaccia di \func{flock}, e che
-la granularità del lock è quella del singolo byte, come per \func{fcntl}.
-
-La sintassi di acquisizione dei lock è esattamente la stessa vista in
-precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
-mandatory lock attivato non è più necessario controllare la disponibilità di
-accesso al file, ma si potranno usare direttamente le ordinarie funzioni di
-lettura e scrittura e sarà compito del kernel gestire direttamente il file
-locking.
-
-Questo significa che in caso di read lock la lettura dal file potrà avvenire
-normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà fino al
-rilascio del lock, a meno di non aver aperto il file con \const{O\_NONBLOCK},
-nel qual caso essa ritornerà immediatamente con un errore di \errcode{EAGAIN}.
-
-Se invece si è acquisito un write lock tutti i tentativi di leggere o scrivere
-sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al rilascio del
-lock, a meno che il file non sia stato aperto con \const{O\_NONBLOCK}, nel
-qual caso di nuovo si otterrà un ritorno immediato con l'errore di
-\errcode{EAGAIN}.
-
-Infine occorre ricordare che le funzioni di lettura e scrittura non sono le
-sole ad operare sui contenuti di un file, e che sia \func{creat} che
-\func{open} (quando chiamata con \const{O\_TRUNC}) effettuano dei cambiamenti,
-così come \func{truncate}, riducendone le dimensioni (a zero nei primi due
-casi, a quanto specificato nel secondo). Queste operazioni sono assimilate a
-degli accessi in scrittura e pertanto non potranno essere eseguite (fallendo
-con un errore di \errcode{EAGAIN}) su un file su cui sia presente un qualunque
-lock (le prime due sempre, la terza solo nel caso che la riduzione delle
-dimensioni del file vada a sovrapporsi ad una regione bloccata).
-
-L'ultimo aspetto della interazione del \textit{mandatory locking} con le
-funzioni di accesso ai file è quello relativo ai file mappati in memoria (che
-abbiamo trattato in sez.~\ref{sec:file_memory_map}); anche in tal caso infatti,
-quando si esegue la mappatura con l'opzione \const{MAP\_SHARED}, si ha un
-accesso al contenuto del file. Lo standard SVID prevede che sia impossibile
-eseguire il memory mapping di un file su cui sono presenti dei
-lock\footnote{alcuni sistemi, come HP-UX, sono ancora più restrittivi e lo
- impediscono anche in caso di \textit{advisory locking}, anche se questo
- comportamento non ha molto senso, dato che comunque qualunque accesso
- diretto al file è consentito.} in Linux è stata però fatta la scelta
-implementativa\footnote{per i dettagli si possono leggere le note relative
- all'implementazione, mantenute insieme ai sorgenti del kernel nel file
- \file{Documentation/mandatory.txt}.} di seguire questo comportamento
-soltanto quando si chiama \func{mmap} con l'opzione \const{MAP\_SHARED} (nel
-qual caso la funzione fallisce con il solito \errcode{EAGAIN}) che comporta la
-possibilità di modificare il file.
-\index{file!locking|)}
+Come \func{madvise} anche \func{posix\_fadvise} si appoggia al sistema della
+memoria virtuale ed al meccanismo standard del \textit{read-ahead} utilizzato
+dal kernel; in particolare utilizzando il valore
+\const{POSIX\_FADV\_SEQUENTIAL} si raddoppia la dimensione dell'ammontare di
+dati letti preventivamente rispetto al default, aspettandosi appunto una
+lettura sequenziale che li utilizzerà, mentre con \const{POSIX\_FADV\_RANDOM}
+si disabilita del tutto il suddetto meccanismo, dato che con un accesso del
+tutto casuale è inutile mettersi a leggere i dati immediatamente successivi
+gli attuali; infine l'uso di \const{POSIX\_FADV\_NORMAL} consente di
+riportarsi al comportamento di default.
+
+Le due modalità \const{POSIX\_FADV\_NOREUSE} e \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED}
+fino al kernel 2.6.18 erano equivalenti, a partire da questo kernel la prima
+viene non ha più alcun effetto, mentre la seconda dà inizio ad una lettura in
+cache della regione del file indicata. La quantità di dati che verranno letti
+è ovviamente limitata in base al carico che si viene a creare sul sistema
+della memoria virtuale, ma in genere una lettura di qualche megabyte viene
+sempre soddisfatta (ed un valore superiore è solo raramente di qualche
+utilità). In particolare l'uso di \const{POSIX\_FADV\_WILLNEED} si può
+considerare l'equivalente POSIX di \func{readahead}.
+
+Infine con \const{POSIX\_FADV\_DONTNEED} si dice al kernel di liberare le
+pagine di cache occupate dai dati presenti nella regione di file indicata.
+Questa è una indicazione utile che permette di alleggerire il carico sulla
+cache, ed un programma può utilizzare periodicamente questa funzione per
+liberare pagine di memoria da dati che non sono più utilizzati per far posto a
+nuovi dati utili; la pagina di manuale riporta l'esempio dello streaming di
+file di grosse dimensioni, dove le pagine occupate dai dati già inviati
+possono essere tranquillamente scartate.
+
+Sia \func{posix\_fadvise} che \func{readahead} attengono alla ottimizzazione
+dell'accesso in lettura; lo standard POSIX.1-2001 prevede anche una funzione
+specifica per le operazioni di scrittura, \funcd{posix\_fallocate} (la
+funzione è stata introdotta a partire dalle glibc 2.1.94), che consente di
+preallocare dello spazio disco per assicurarsi che una seguente scrittura non
+fallisca, il suo prototipo, anch'esso disponibile solo se si definisce la
+macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad almeno 600, è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{int posix\_fallocate(int fd, off\_t offset, off\_t len)}
+\fdesc{Richiede la allocazione di spazio disco per un file.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e direttamente un codice di
+ errore altrimenti, in tal caso \var{errno} non viene impostato, e si otterrà
+ direttamente uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{fd} non è un file descriptor
+ valido o non è aperto in scrittura.
+ \item[\errcode{EINVAL}] o \param{offset} o \param{len} sono minori di
+ zero.
+ \item[\errcode{EFBIG}] il valore di (\param{offset} + \param{len}) eccede
+ la dimensione massima consentita per un file.
+ \item[\errcode{ENODEV}] l'argomento \param{fd} non fa riferimento ad un
+ file regolare.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è sufficiente spazio disco per eseguire
+ l'operazione.
+ \item[\errcode{ESPIPE}] l'argomento \param{fd} è una \textit{pipe}.
+ \end{errlist}
+}
+\end{funcproto}
+
+La funzione assicura che venga allocato sufficiente spazio disco perché sia
+possibile scrivere sul file indicato dall'argomento \param{fd} nella regione
+che inizia dalla posizione \param{offset} e si estende per \param{len} byte;
+se questa regione si estende oltre la fine del file le dimensioni di
+quest'ultimo saranno incrementate di conseguenza. Dopo aver eseguito con
+successo la funzione è garantito che una successiva scrittura nella regione
+indicata non fallirà per mancanza di spazio disco. La funzione non ha nessun
+effetto né sul contenuto, né sulla posizione corrente del file.
+
+Ci si può chiedere a cosa possa servire una funzione come
+\func{posix\_fallocate} dato che è sempre possibile ottenere l'effetto voluto
+eseguendo esplicitamente sul file la scrittura di una serie di zeri (usando
+\funcd{pwrite} per evitare spostamenti della posizione corrente sul file) per
+l'estensione di spazio necessaria qualora il file debba essere esteso o abbia
+dei buchi.\footnote{si ricordi che occorre scrivere per avere l'allocazione e
+ che l'uso di \func{truncate} per estendere un file creerebbe soltanto uno
+ \textit{sparse file} (vedi sez.~\ref{sec:file_lseek}) senza una effettiva
+ allocazione dello spazio disco.} In realtà questa è la modalità con cui la
+funzione veniva realizzata nella prima versione fornita dalle \acr{glibc}, per
+cui la funzione costituiva in sostanza soltanto una standardizzazione delle
+modalità di esecuzione di questo tipo di allocazioni.
+
+Questo metodo, anche se funzionante, comporta però l'effettiva esecuzione una
+scrittura su tutto lo spazio disco necessario, da fare al momento della
+richiesta di allocazione, pagandone il conseguente prezzo in termini di
+prestazioni; il tutto quando in realtà servirebbe solo poter riservare lo
+spazio per poi andarci a scrivere, una sola volta, quando il contenuto finale
+diventa effettivamente disponibile. Per poter fare tutto questo è però
+necessario il supporto da parte del kernel, e questo è divenuto disponibile
+solo a partire dal kernel 2.6.23 in cui è stata introdotta la nuova
+\textit{system call} \func{fallocate},\footnote{non è detto che la funzione
+ sia disponibile per tutti i filesystem, ad esempio per XFS il supporto è
+ stato introdotto solo a partire dal kernel 2.6.25.} che consente di
+realizzare direttamente all'interno del kernel l'allocazione dello spazio
+disco così da poter realizzare una versione di \func{posix\_fallocate} con
+prestazioni molto più elevate; nelle \acr{glibc} la nuova \textit{system call}
+viene sfruttata per la realizzazione di \func{posix\_fallocate} a partire
+dalla versione 2.10.
+
+Trattandosi di una funzione di servizio, ed ovviamente disponibile
+esclusivamente su Linux, inizialmente \funcd{fallocate} non era stata definita
+come funzione di libreria,\footnote{pertanto poteva essere invocata soltanto
+ in maniera indiretta con l'ausilio di \func{syscall}, vedi
+ sez.~\ref{sec:proc_syscall}, come \code{long fallocate(int fd, int mode,
+ loff\_t offset, loff\_t len)}.} ma a partire dalle \acr{glibc} 2.10 è
+ stato fornito un supporto esplicito; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{fcntl.h}
+\fdecl{int fallocate(int fd, int mode, off\_t offset, off\_t len)}
+\fdesc{Prealloca dello spazio disco per un file.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non fa riferimento ad un file descriptor
+ valido aperto in scrittura.
+ \item[\errcode{EFBIG}] la somma di \param{offset} e \param{len} eccede le
+ dimensioni massime di un file.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{offset} è minore di zero o \param{len} è
+ minore o uguale a zero.
+ \item[\errcode{ENODEV}] \param{fd} non fa riferimento ad un file ordinario
+ o a una directory.
+ \item[\errcode{EPERM}] il file è immutabile o \textit{append-only} (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_perm_overview}).
+ \item[\errcode{ENOSYS}] il filesystem contenente il file associato
+ a \param{fd} non supporta \func{fallocate}.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] il filesystem contenente il file associato
+ a \param{fd} non supporta l'operazione \param{mode}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EINTR}, \errval{EIO} e \errval{ENOSPC} nel loro significato
+ generico.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione prende gli stessi argomenti di \func{posix\_fallocate} con lo
+stesso significato, a cui si aggiunge l'argomento \param{mode} che indica le
+modalità di allocazione; se questo è nullo il comportamento è identico a
+quello di \func{posix\_fallocate} e si può considerare \func{fallocate} come
+l'implementazione ottimale della stessa a livello di kernel.
+
+Inizialmente l'unico altro valore possibile per \param{mode} era
+\const{FALLOC\_FL\_KEEP\_SIZE} che richiede che la dimensione del file (quella
+ottenuta nel campo \var{st\_size} di una struttura \struct{stat} dopo una
+chiamata a \texttt{fstat}) non venga modificata anche quando la somma
+di \param{offset} e \param{len} eccede la dimensione corrente, che serve
+quando si deve comunque preallocare dello spazio per scritture in append. In
+seguito sono stati introdotti altri valori, riassunti in
+tab.\ref{tab:fallocate_mode}, per compiere altre operazioni relative alla
+allocazione dello spazio disco dei file.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{FALLOC\_FL\_INSERT} & .\\
+ \const{FALLOC\_FL\_COLLAPSE\_RANGE}& .\\
+ \const{FALLOC\_FL\_KEEP\_SIZE} & Mantiene invariata la dimensione del
+ file, pur allocando lo spazio disco anche
+ oltre la dimensione corrente del file.\\
+ \const{FALLOC\_FL\_PUNCH\_HOLE}& Crea un \textsl{buco} nel file (vedi
+ sez.~\ref{sec:file_lseek}) rendendolo una
+ \textit{sparse file} (dal kernel
+ 2.6.38).\\
+ \const{FALLOC\_FL\_ZERO\_RANGE}& .\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori delle costanti usabili per l'argomento \param{mode} di
+ \func{fallocate}.}
+ \label{tab:fallocate_mode}
+\end{table}
+
+In particolare con \const{FALLOC\_FL\_PUNCH\_HOLE} è possibile scartare il
+contenuto della sezione di file indicata da \param{offser} e \param{len},
+creando un \textsl{buco} (si ricordi quanto detto in
+sez.~\ref{sec:file_lseek}); i blocchi del file interamente contenuti
+nell'intervallo verranno disallocati, la parte di intervallo contenuta
+parzialmente in altri blocchi verrà riempita con zeri e la lettura dal file
+restituirà degli zeri per tutto l'intervallo indicato. In sostanza si rende il
+file uno \textit{sparse file} a posteriori.
+
+% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
+% http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_23
+
+% TODO aggiungere FALLOC_FL_ZERO_RANGE e FALLOC_FL_COLLAPSE_RANGE, inseriti
+% nel kernel 3.15 (sul secondo vedi http://lwn.net/Articles/589260/), vedi
+% anche http://lwn.net/Articles/629965/
+
+% TODO aggiungere FALLOC_FL_INSERT vedi http://lwn.net/Articles/629965/
+
+
+% TODO non so dove trattarli, ma dal 2.6.39 ci sono i file handle, vedi
+% http://lwn.net/Articles/432757/
+
+
+% LocalWords: dell'I locking multiplexing cap sez system call socket BSD GID
+% LocalWords: descriptor client deadlock NONBLOCK EAGAIN polling select kernel
+% LocalWords: pselect like sys unistd int fd readfds writefds exceptfds struct
+% LocalWords: timeval errno EBADF EINTR EINVAL ENOMEM sleep tab signal void of
+% LocalWords: CLR ISSET SETSIZE POSIX read NULL nell'header l'header glibc fig
+% LocalWords: libc header psignal sigmask SOURCE XOPEN timespec sigset race DN
+% LocalWords: condition sigprocmask tut self trick oldmask poll XPG pollfd l'I
+% LocalWords: ufds unsigned nfds RLIMIT NOFILE EFAULT ndfs events revents hung
+% LocalWords: POLLIN POLLRDNORM POLLRDBAND POLLPRI POLLOUT POLLWRNORM POLLERR
+% LocalWords: POLLWRBAND POLLHUP POLLNVAL POLLMSG SysV stream ASYNC SETOWN FAQ
+% LocalWords: GETOWN fcntl SETFL SIGIO SETSIG Stevens driven siginfo sigaction
+% LocalWords: all'I nell'I Frequently Unanswered Question SIGHUP lease holder
+% LocalWords: breaker truncate write SETLEASE arg RDLCK WRLCK UNLCK GETLEASE
+% LocalWords: uid capabilities capability EWOULDBLOCK notify dall'OR ACCESS st
+% LocalWords: pread readv MODIFY pwrite writev ftruncate creat mknod mkdir buf
+% LocalWords: symlink rename DELETE unlink rmdir ATTRIB chown chmod utime lio
+% LocalWords: MULTISHOT thread linkando librt layer aiocb asyncronous control
+% LocalWords: block ASYNCHRONOUS lseek fildes nbytes reqprio PRIORITIZED sigev
+% LocalWords: PRIORITY SCHEDULING opcode listio sigevent signo value function
+% LocalWords: aiocbp ENOSYS append error const EINPROGRESS fsync return ssize
+% LocalWords: DSYNC fdatasync SYNC cancel ECANCELED ALLDONE CANCELED suspend
+% LocalWords: NOTCANCELED list nent timout sig NOP WAIT NOWAIT size count iov
+% LocalWords: iovec vector EOPNOTSUPP EISDIR len memory mapping mapped swap NB
+% LocalWords: mmap length prot flags off MAP FAILED ANONYMOUS EACCES SHARED SH
+% LocalWords: only ETXTBSY DENYWRITE ENODEV filesystem EPERM EXEC noexec table
+% LocalWords: ENFILE lenght segment violation SIGSEGV FIXED msync munmap copy
+% LocalWords: DoS Denial Service EXECUTABLE NORESERVE LOCKED swapping stack fs
+% LocalWords: GROWSDOWN ANON POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old SFD
+% LocalWords: exec atime ctime mtime mprotect addr mremap address new Failed
+% LocalWords: long MAYMOVE realloc VMA virtual Ingo Molnar remap pages pgoff
+% LocalWords: dall' fault cache linker prelink advisory discrectionary lock fl
+% LocalWords: flock shared exclusive operation dup inode linked NFS cmd ENOLCK
+% LocalWords: EDEADLK whence SEEK CUR type pid GETLK SETLK SETLKW HP EACCESS
+% LocalWords: switch bsd lockf mandatory SVr sgid group root mount mand TRUNC
+% LocalWords: SVID UX Documentation sendfile dnotify inotify NdA ppoll fds add
+% LocalWords: init EMFILE FIONREAD ioctl watch char pathname uint mask ENOSPC
+% LocalWords: CLOSE NOWRITE MOVE MOVED FROM TO rm wd event page ctl acquired
+% 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
+% LocalWords: FOLLOW ONESHOT ONLYDIR FreeBSD EIO caching sysctl instances name
+% LocalWords: watches IGNORED ISDIR OVERFLOW overflow UNMOUNT queued cookie ls
+% LocalWords: NUL sizeof casting printevent nread limits sysconf SC wrapper Di
+% LocalWords: splice result argument DMA controller zerocopy Linus Larry Voy
+% LocalWords: Jens Anxboe vmsplice seek ESPIPE GIFT TCP CORK MSG splicecp nr
+% LocalWords: nwrite segs patch readahead posix fadvise TC advice FADV NORMAL
+% LocalWords: SEQUENTIAL NOREUSE WILLNEED DONTNEED streaming fallocate EFBIG
+% LocalWords: POLLRDHUP half close pwait Gb madvise MADV ahead REMOVE tmpfs it
+% LocalWords: DONTFORK DOFORK shmfs preadv pwritev syscall linux loff head XFS
+% LocalWords: MERGEABLE EOVERFLOW prealloca hole FALLOC KEEP stat fstat union
+% LocalWords: conditions sigwait CLOEXEC signalfd sizemask SIGKILL SIGSTOP ssi
+% LocalWords: sigwaitinfo FifoReporter Windows ptr sigqueue named timerfd TFD
+% LocalWords: clockid CLOCK MONOTONIC REALTIME itimerspec interval Resource
+% LocalWords: ABSTIME gettime temporarily unavailable SIGINT SIGQUIT SIGTERM
+% LocalWords: sigfd fifofd break siginf names starting echo Message from Got
+% LocalWords: message kill received means exit TLOCK ULOCK EPOLLWAKEUP
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
%%% End:
+
projects / gapil.git / blobdiff