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-%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
-%% License".
-%%
-
-\chapter{La gestione avanzata dei file}
-\label{cha:file_advanced}
-In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
-dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
- locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
-permettono una gestione più sofisticata dell'I/O su file, a partire da quelle
-che consentono di gestire l'accesso contemporaneo a più file esaminando le
-varie modalità alternative di gestire l'I/O per concludere con la gestione dei
-file mappati in memoria e le altre funzioni avanzate che consentono un
-controllo più dettagliato delle modalità di I/O.
-
-
-\section{Il \textit{file locking}}
-\label{sec:file_locking}
-
-\itindbeg{file~locking}
-
-In sez.~\ref{sec:file_shared_access} abbiamo preso in esame le modalità in cui
-un sistema unix-like gestisce l'accesso concorrente ai file da parte di
-processi diversi. In quell'occasione si è visto come, con l'eccezione dei file
-aperti in \itindex{append~mode} \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 una \itindex{race~condition} \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 \itindex{race~condition} \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 lettura o 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{discrectionary 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
-\textit{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.
-
-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 recepita dallo standard POSIX.1 (che è
-derivata dall'interfaccia usata in System V), che è basata sulla funzione
-\func{fcntl}. I \textit{file lock} sono implementati in maniera completamente
-indipendente nelle due interfacce (in realtà con Linux questo avviene solo
-dalla serie 2.0 dei kernel) 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 blocco viene acquisito
-il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un
-comportamento non bloccante) viene posto in stato di \textit{sleep}. Una volta
-finite le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco.
-
-La situazione delle varie possibilità che si possono verificare è riassunta in
-tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si sono riportati, a seconda delle varie
-tipologie di blocco già presenti su un file, il risultato che si avrebbe in
-corrispondenza di una ulteriore richiesta da parte di un processo di un blocco
-nelle due tipologie di \textit{file lock} menzionate, con un successo o meno
-della richiesta.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|}
- \hline
- \textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
- \cline{2-4}
- &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
- \hline
- \hline
- \textit{Read lock} & esecuzione & esecuzione & blocco \\
- \textit{Write lock}& esecuzione & blocco & blocco \\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Tipologie di \textit{file locking}.}
- \label{tab:file_file_lock}
-\end{table}
-
-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 blocco che
-si vuole ottenere su un file deve essere compatibile con le modalità di
-apertura dello stesso (in lettura per un \textit{read lock} e in scrittura per
-un \textit{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 \textit{file locking}, quella derivata da BSD,
-permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione di sistema
-usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \funcd{flock}, ed il
-suo prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/file.h}
-\fdecl{int flock(int fd, int operation)}
-\fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.}
-}
-
-{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{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale
- nell'attesa dell'acquisizione di un \textit{file lock}.
- \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido
- per \param{operation}.
- \item[\errcode{ENOLCK}] il kernel non ha memoria sufficiente per gestire il
- \textit{file lock}.
- \item[\errcode{EWOULDBLOCK}] il file ha già un blocco attivo, e si è
- specificato \const{LOCK\_NB}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EBADF} nel suo significato generico.
-}
-\end{funcproto}
-
-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 costruendo il valore con un OR aritmetico delle costanti
-riportate in tab.~\ref{tab:file_flock_operation}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{6cm}|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{LOCK\_SH} & Richiede uno \textit{shared lock} sul file.\\
- \const{LOCK\_EX} & Richiede 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
- \end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{operation} di \func{flock}.}
- \label{tab:file_flock_operation}
-\end{table}
-
-I primi due valori, \const{LOCK\_SH} e \const{LOCK\_EX} permettono di
-richiedere un \textit{file lock} rispettivamente condiviso o esclusivo, ed
-ovviamente non possono essere usati insieme. Se con essi si specifica anche
-\const{LOCK\_NB} la funzione non si bloccherà qualora il \textit{file lock}
-non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di
-\errcode{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un \textit{file lock} si dovrà invece
-usare direttamente \const{LOCK\_UN}.
-
-Si tenga presente che non esiste una modalità per eseguire atomicamente un
-cambiamento del tipo di blocco (da \textit{shared lock} a \textit{esclusive
- lock}), il blocco deve essere prima rilasciato e poi richiesto, ed è sempre
-possibile che nel frattempo abbia successo un'altra richiesta pendente,
-facendo fallire la riacquisizione.
-
-Si tenga presente infine che \func{flock} non è supportata per i file
-mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di utilizzare il
-\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia del \textit{file locking}
-POSIX basata su \func{fcntl} che è in grado di funzionare anche attraverso
-NFS, a condizione ovviamente che sia il client che il server supportino questa
-funzionalità.
-
-La semantica del \textit{file locking} di BSD inoltre è diversa da quella del
-\textit{file locking} POSIX, in particolare per quanto riguarda il
-comportamento dei \textit{file lock} nei confronti delle due funzioni
-\func{dup} e \func{fork}. Per capire queste differenze occorre descrivere con
-maggiore dettaglio come viene realizzato dal kernel il \textit{file locking}
-per entrambe le interfacce.
-
-In fig.~\ref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale
-dell'implementazione del \textit{file locking} in stile BSD su Linux. Il punto
-fondamentale da capire è che un \textit{file lock}, qualunque sia
-l'interfaccia che si usa, anche se richiesto attraverso un file descriptor,
-agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
-\textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di \itindex{inode}
-\textit{inode}, dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono
-avere due processi diversi che aprono lo stesso file.
-
-In particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
-\textit{file lock} sono mantenuti in una \itindex{linked~list} \textit{linked
- list} di strutture \kstruct{file\_lock}. La lista è referenziata
-dall'indirizzo di partenza mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura
-\kstruct{inode} (per le definizioni esatte si faccia riferimento al file
-\file{include/linux/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}) o un \textit{file lease}
-(\const{FL\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:file_asyncronous_lease}).
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering
- \includegraphics[width=12cm]{img/file_flock}
- \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
- particolare del suo utilizzo da parte dalla funzione \func{flock}.}
- \label{fig:file_flock_struct}
-\end{figure}
-
-La richiesta di un \textit{file lock} prevede una scansione della lista per
-determinare se l'acquisizione è possibile, ed in caso positivo l'aggiunta di
-un nuovo elemento (cioè l'aggiunta di una nuova struttura
-\kstruct{file\_lock}). Nel caso dei blocchi creati con \func{flock} la
-semantica della funzione prevede che sia \func{dup} che \func{fork} non creino
-ulteriori istanze di un \textit{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 alla voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}
-da cui si è richiesto il blocco, che così ne identifica il titolare. Il
-puntatore è mantenuto nel campo \var{fl\_file} di \kstruct{file\_lock}, e
-viene utilizzato solo per i \textit{file lock} creati con la semantica BSD.
-
-Questa struttura prevede che, quando si richiede la rimozione di un
-\textit{file lock}, il kernel acconsenta solo se la richiesta proviene da un
-file descriptor che fa riferimento ad una voce nella \itindex{file~table}
-\textit{file table} corrispondente a quella registrata nel blocco. Allora se
-ricordiamo quanto visto in sez.~\ref{sec:file_dup} e
-sez.~\ref{sec:file_shared_access}, e cioè che i file descriptor duplicati e
-quelli ereditati in un processo figlio puntano sempre alla stessa voce nella
-\itindex{file~table} \textit{file table}, si può capire immediatamente quali
-sono le conseguenze nei confronti delle funzioni \func{dup} e \func{fork}.
-
-Sarà così possibile rimuovere un \textit{file lock} attraverso uno qualunque
-dei file descriptor che fanno riferimento alla stessa voce nella
-\itindex{file~table} \textit{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 \itindex{file~table} \textit{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 \textit{file lock} su un file, la
-rimozione avrà effetto su tutti i file descriptor che condividono la stessa
-voce nella \itindex{file~table} \textit{file table}, e quindi, nel caso di
-file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche per processi
-diversi.
-
-Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi
-dei \textit{file lock}, quando un file viene chiuso il kernel provvede anche a
-rimuovere tutti i blocchi 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 blocco rimosso)
-fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella \itindex{file~table}
-\textit{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 \textit{file lock} non viene rilasciato.
-
-
-\subsection{Il \textit{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 di sistema
-\func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici
-possibilità di utilizzo in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}. Quando la si
-impiega per il \textit{file locking} essa viene usata solo secondo il seguente
-prototipo:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{fcntl.h}
-\fdecl{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)}
-\fdesc{Applica o rimuove un \textit{file lock}.}
-}
-
-{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{EACCES}] l'operazione è proibita per la presenza di
- \textit{file lock} da parte di altri processi.
- \item[\errcode{EDEADLK}] si è richiesto un \textit{lock} su una regione
- bloccata da un altro processo che è a sua volta in attesa dello sblocco
- di un \textit{lock} mantenuto dal processo corrente; si avrebbe pertanto
- un \itindex{deadlock} \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 \textit{file lock}.
- \item[\errcode{ENOLCK}] il sistema non ha le risorse per il blocco: ci
- sono troppi segmenti di \textit{lock} aperti, si è esaurita la tabella
- dei \textit{file lock}, o il protocollo per il blocco remoto è fallito.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EFAULT} nel loro significato generico.}
-\end{funcproto}
-
-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 blocchi 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 blocco. Si tenga presente poi
-che un \textit{file 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}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
- \includestruct{listati/flock.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{flock}, usata da \func{fcntl} per il
- \textit{file locking}.}
- \label{fig:struct_flock}
-\end{figure}
-
-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 blocco: \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 tab.~\ref{tab:lseek_whence_values}).
-
-Si tenga presente che un \textit{file 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.
-
-Lo standard POSIX non richiede che \var{l\_len} sia positivo, ed a partire dal
-kernel 2.4.21 è possibile anche indicare valori di \var{l\_len} negativi, in
-tal caso l'intervallo coperto va da \var{l\_start}$+$\var{l\_len} a
-\var{l\_start}$-1$, mentre per un valore positivo l'intervallo va da
-\var{l\_start} a \var{l\_start}$+$\var{l\_len}$-1$. Si può però usare un
-valore negativo soltanto se l'inizio della regione indicata non cade prima
-dell'inizio del file, mentre come accennato con un valore positivo si
-può anche indicare una regione che eccede la dimensione corrente del file.
-
-Il tipo di \textit{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 blocco 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 \ids{PID} del processo che detiene il
-\textit{file lock}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
- \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 \textit{file lock}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \struct{flock}.}
- \label{tab:file_flock_type}
-\end{table}
-
-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_ioctl},
-specifica l'azione da compiere; i valori utilizzabili relativi al \textit{file
- locking} sono tre:
-\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
-\item[\const{F\_GETLK}] verifica se il \textit{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 blocco 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 \textit{file lock}, se è \const{F\_UNLCK} lo rilascia; nel
- caso la richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un blocco
- 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 blocco, mette il
- processo in stato di attesa fintanto che il blocco 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 blocco 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
-blocco (se è \const{F\_WRLCK}) o di \textit{write lock} (se è
-\const{F\_RDLCK}). Si consideri poi che può esserci più di un blocco 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 blocco 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 blocco sia
-stato effettivamente acquisito.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering \includegraphics[width=9cm]{img/file_lock_dead}
- \caption{Schema di una situazione di \itindex{deadlock} \textit{deadlock}.}
- \label{fig:file_flock_dead}
-\end{figure}
-
-Non operando a livello di interi file, il \textit{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 \itindex{deadlock} \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 blocco che porterebbe ad un \itindex{deadlock}
-\textit{deadlock}.
-
-Per capire meglio il funzionamento del \textit{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}. In questo caso nella figura si sono
-evidenziati solo i campi di \kstruct{file\_lock} significativi per la
-semantica POSIX, in particolare adesso ciascuna struttura contiene, oltre al
-\ids{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 blocco è
-sempre associato \itindex{inode} all'\textit{inode}, solo che in questo caso
-la titolarità non viene identificata con il riferimento ad una voce nella
-\itindex{file~table} \textit{file table}, ma con il valore del \ids{PID} del
-processo.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering \includegraphics[width=12cm]{img/file_posix_lock}
- \caption{Schema dell'architettura del \textit{file locking}, nel caso
- particolare del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.}
- \label{fig:file_posix_lock}
-\end{figure}
-
-Quando si richiede un \textit{file lock} il kernel effettua una scansione di
-tutti i blocchi presenti sul file\footnote{scandisce cioè la
- \itindex{linked~list} \textit{linked list} delle strutture
- \kstruct{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 blocco, in
-caso negativo il nuovo blocco viene comunque acquisito ed aggiunto alla lista.
-
-Nel caso di rimozione invece questa viene effettuata controllando che il
-\ids{PID} del processo richiedente corrisponda a quello contenuto nel blocco.
-Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise riguardo il comportamento
-dei \textit{file lock} POSIX. La prima conseguenza è che un \textit{file lock}
-POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo
-figlio avrà un \ids{PID} diverso, mentre passa indenne attraverso una
-\func{exec} in quanto il \ids{PID} resta lo stesso. Questo comporta che, al
-contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando un processo termina
-tutti i \textit{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 blocco, dato che quello che conta è solo il \ids{PID} del processo. Da
-questo deriva una ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla
-chiusura di un file i blocchi ad esso associati vengono rimossi, nella
-semantica POSIX basterà chiudere un file descriptor qualunque per cancellare
-tutti i blocchi 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 blocchi viene eseguito sulla base del
-\ids{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 blocchi su regioni che si sovrappongono fra loro all'interno
-stesso processo. Siccome il controllo, come nel caso della rimozione, si basa
-solo sul \ids{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
- \textit{file lock}, o più blocchi sulla stessa sezione di file, le richieste
- non si cumulano e basta una sola richiesta di rilascio per cancellare il
- blocco.} la cosa non ha alcun effetto; la funzione ritorna con successo,
-senza che il kernel debba modificare la lista dei \textit{file lock}.
-
-Con i \textit{file lock} POSIX invece si possono avere una serie di situazioni
-diverse: ad esempio è possibile rimuovere con una sola chiamata più
-\textit{file lock} distinti (indicando in una regione che si sovrapponga
-completamente a quelle di questi ultimi), o rimuovere solo una parte di un
-blocco preesistente (indicando una regione contenuta in quella di un altro
-blocco), creando un buco, o coprire con un nuovo blocco altri \textit{file
- 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 è 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 \textit{file
- lock} per far si che le regioni bloccate da essa risultanti siano coerenti
-con quanto necessario a soddisfare l'operazione richiesta.
-
-\begin{figure}[!htbp]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
- \includecodesample{listati/Flock.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Sezione principale del codice del programma \file{Flock.c}.}
- \label{fig:file_flock_code}
-\end{figure}
-
-Per fare qualche esempio sul \textit{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, nel file \texttt{Flock.c}).
-
-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 \textit{write
- lock} o \textit{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 \textit{file lock} (bloccante o meno), a seconda dell'opzione
-\cmd{-b}.
-
-Il programma inizia col controllare (\texttt{\small 11-14}) che venga passato
-un argomento (il file da bloccare), che sia stato scelto (\texttt{\small
- 15-18}) il tipo di blocco, 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 blocco 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
-si esegue (\texttt{\small 41}).
-
-In entrambi i casi dopo aver richiesto il blocco 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 blocchi vengono rilasciati.
-
-Con il programma possiamo fare varie verifiche sul funzionamento del
-\textit{file locking}; cominciamo con l'eseguire un \textit{read lock} su un
-file, ad esempio usando all'interno di un terminale il seguente comando:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r Flock.c}
-Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-il programma segnalerà di aver acquisito un blocco e si bloccherà; in questo
-caso si è usato il \textit{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 \textit{write lock} avremo:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w Flock.c}
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{Console}
-%$
-come ci aspettiamo il programma terminerà segnalando l'indisponibilità del
-blocco, dato che il file è bloccato dal precedente \textit{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:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{Console}
-%$
-se invece blocchiamo una regione con:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s0 -l10 Flock.c}
-Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-una volta che riproviamo ad acquisire il \textit{write lock} i risultati
-dipenderanno dalla regione richiesta; ad esempio nel caso in cui le due
-regioni si sovrappongono avremo che:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s5 -l15 Flock.c}
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{Console}
-%$
-ed il blocco viene rifiutato, ma se invece si richiede una regione distinta
-avremo che:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s11 -l15 Flock.c}
-Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-ed il blocco viene acquisito. Se a questo punto si prova ad eseguire un
-\textit{read lock} che comprende la nuova regione bloccata in scrittura:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -s10 -l20 Flock.c}
-Failed lock: Resource temporarily unavailable
-\end{Console}
-%$
-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:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -r -b -s0 -l10 Flock.c} Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-il primo comando acquisisce subito un \textit{read lock}, e quindi non cambia
-nulla, ma se proviamo adesso a richiedere un \textit{write lock} che non potrà
-essere acquisito otterremo:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
-\end{Console}
-%$
-il programma cioè si bloccherà nella chiamata a \func{fcntl}; se a questo
-punto rilasciamo il precedente blocco (terminando il primo comando un
-\texttt{C-c} sul terminale) potremo verificare che sull'altro terminale il
-blocco viene acquisito, con la comparsa di una nuova riga:
-
-\begin{Console}
-[piccardi@gont sources]$ \textbf{./flock -w -s0 -l10 Flock.c}
-Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-
-Un'altra cosa che si può controllare con il nostro programma è l'interazione
-fra i due tipi di blocco; se ripartiamo dal primo comando con cui si è
-ottenuto un blocco in lettura sull'intero file, possiamo verificare cosa
-succede quando si cerca di ottenere un blocco in scrittura con la semantica
-BSD:
-
-\begin{Console}
-[root@gont sources]# \textbf{./flock -f -w Flock.c}
-Lock acquired
-\end{Console}
-%$
-che ci mostra come i due tipi di blocco 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
-blocchi 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 \textit{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 che utilizza la
-funzione \funcd{lockf},\footnote{la funzione è ripresa da System V e per
- poterla utilizzare è richiesta che siano definite le opportune macro, una
- fra \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE}, oppure
- \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad un valore di almeno 500, oppure
- \macro{\_XOPEN\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}.} il cui
-prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{unistd.h}
-\fdecl{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)}
-\fdesc{Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock}.}
-}
-
-{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}] il file è bloccato, e si sono richiesti
- \const{F\_TLOCK} o \const{F\_TEST} (in alcuni casi può dare anche
- \errcode{EACCESS}.
- \item[\errcode{EBADF}] \param{fd} non è un file descriptor aperto o si sono
- richiesti \const{F\_LOCK} o \const{F\_TLOCK} ma il file non è scrivibile.
- \item[\errcode{EINVAL}] si è usato un valore non valido per \param{cmd}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errcode{EDEADLK} e \errcode{ENOLCK} con lo stesso significato
- che hanno con \funcd{fcntl}.
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione opera sul file indicato dal file descriptor \param{fd}, che deve
-essere aperto in scrittura, perché utilizza soltanto \textit{lock}
-esclusivi. La sezione di file bloccata viene controllata dal valore
-di \param{len}, che indica la lunghezza della stessa, usando come riferimento
-la posizione corrente sul file. La sezione effettiva varia a secondo del
-segno, secondo lo schema illustrato in fig.~\ref{fig:file_lockf_boundary}, se
-si specifica un valore nullo il file viene bloccato a partire dalla posizione
-corrente fino alla sua fine presente o futura (nello schema corrisponderebbe
-ad un valore infinito positivo).
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering
- \includegraphics[width=10cm]{img/lockf_boundary}
- \caption{Schema della sezione di file bloccata con \func{lockf}.}
- \label{fig:file_lockf_boundary}
-\end{figure}
-
-Il comportamento della funzione viene controllato dal valore
-dell'argomento \param{cmd}, che specifica quale azione eseguire, i soli valori
-consentiti sono i seguenti:
-
-\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}}
-\item[\const{F\_LOCK}] Richiede un \textit{lock} esclusivo sul file, e blocca
- il processo chiamante se, anche parzialmente, la sezione indicata si
- sovrappone ad una che è già stata bloccata da un altro processo; in caso di
- sovrapposizione con un altro blocco già ottenuto le sezioni vengono unite.
-\item[\const{F\_TLOCK}] Richiede un \textit{exclusive lock}, in maniera
- identica a \const{F\_LOCK}, ma in caso di indisponibilità non blocca il
- processo restituendo un errore di \errval{EAGAIN}.
-\item[\const{F\_ULOCK}] Rilascia il blocco sulla sezione indicata, questo può
- anche causare la suddivisione di una sezione bloccata in precedenza nelle
- due parti eccedenti nel caso si sia indicato un intervallo più limitato.
-\item[\const{F\_TEST}] Controlla la presenza di un blocco sulla sezione di
- file indicata, \func{lockf} ritorna $0$ se la sezione è libera o bloccata
- dal processo stesso, o $-1$ se è bloccata da un altro processo, nel qual
- caso \var{errno} assume il valore \errval{EAGAIN} (ma su alcuni sistemi può
- essere restituito anche \errval{EACCESS}).
-\end{basedescript}
-
-La funzione è semplicemente una diversa interfaccia al \textit{file locking}
-POSIX ed è realizzata utilizzando \func{fcntl}; pertanto la semantica delle
-operazioni è la stessa di quest'ultima e quindi la funzione presenta lo stesso
-comportamento riguardo gli effetti della chiusura dei file, ed il
-comportamento sui file duplicati e nel passaggio attraverso \func{fork} ed
-\func{exec}. Per questo stesso motivo la funzione non è equivalente a
-\func{flock} e può essere usata senza interferenze insieme a quest'ultima.
-
-% TODO trattare i POSIX file-private lock introdotti con il 3.15,
-% vedi http://lwn.net/Articles/586904/ correlato:
-% http://www.samba.org/samba/news/articles/low_point/tale_two_stds_os2.html
-
-\subsection{Il \textit{mandatory locking}}
-\label{sec:file_mand_locking}
-
-\itindbeg{mandatory~locking}
-
-Il \textit{mandatory locking} è una opzione introdotta inizialmente in SVr4,
-per introdurre un \textit{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 \itindex{sgid~bit} \acr{sgid} dei permessi dei
-file. Se si ricorda quanto esposto in sez.~\ref{sec:file_special_perm}), esso
-viene di norma utilizzato per cambiare il \ids{GID} 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_perm_management} 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 l'amministratore può passare sopra ad un \textit{file 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 \itindex{sgid~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 blocco. Per questo motivo l'abilitazione del \textit{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 sez.~\ref{sec:filesystem_mounting}, o con l'opzione
-\code{-o mand} per il comando omonimo.
-
-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 \textit{file lock} richiesti con l'interfaccia di
-\func{flock}, e che la granularità del blocco è quella del singolo byte, come
-per \func{fcntl}.
-
-La sintassi di acquisizione dei blocchi è esattamente la stessa vista in
-precedenza per \func{fcntl} e \func{lockf}, la differenza è che in caso di
-\textit{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 \textit{file locking}.
-
-Questo significa che in caso di \textit{read lock} la lettura dal file potrà
-avvenire normalmente con \func{read}, mentre una \func{write} si bloccherà
-fino al rilascio del blocco, 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 \textit{write lock} tutti i tentativi di leggere o
-scrivere sulla regione del file bloccata fermeranno il processo fino al
-rilascio del blocco, 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
-blocco (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 (vedi
-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
-\textit{memory mapping} di un file su cui sono presenti dei
-blocchi\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.
-
-Si tenga conto infine che su Linux l'implementazione corrente del
-\textit{mandatory locking} è difettosa e soffre di una \textit{race
- condition}, per cui una scrittura con \func{write} che si sovrapponga alla
-richiesta di un \textit{read lock} può modificare i dati anche dopo che questo
-è stato ottenuto, ed una lettura con \func{read} può restituire dati scritti
-dopo l'ottenimento di un \textit{write lock}. Lo stesso tipo di problema si
-può presentare anche con l'uso di file mappati in memoria; pertanto allo stato
-attuale delle cose è sconsigliabile fare affidamento sul \textit{mandatory
- locking}.
-
-\itindend{file~locking}
-
-\itindend{mandatory~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
-sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e sez.~\ref{sec: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} \textit{system call},\index{system~call~lente}
-che in certi casi le funzioni di I/O eseguite su un file descritor possono
-bloccarsi indefinitamente. Questo non avviene mai per i file normali, per i
-quali le funzioni di lettura e scrittura ritornano sempre subito, ma può
-avvenire per alcuni \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, come ad
-esempio una seriale o un terminale, o con l'uso di file descriptor collegati a
-meccanismi di intercomunicazione come le \textit{pipe} (vedi
-sez.~\ref{sec:ipc_unix}) ed i socket (vedi sez.~\ref{sec:sock_socket_def}). In
-casi come questi ad esempio una operazione di lettura potrebbe bloccarsi se
-non ci sono dati disponibili sul descrittore su cui la si sta effettuando.
-
-Questo comportamento è alla radice di una delle problematiche più comuni che
-ci si trova ad affrontare nella gestione delle operazioni di I/O: la necessità
-di operare su più file descriptor eseguendo funzioni che possono bloccarsi
-indefinitamente senza che sia possibile prevedere quando questo può
-avvenire. Un caso classico è quello di un server di rete (tratteremo la
-problematica in dettaglio nella seconda parte della guida) in attesa di dati
-in ingresso prevenienti da vari client.
-
-In un caso di questo tipo, se si andasse ad operare sui vari file descriptor
-aperti uno dopo l'altro, potrebbe accadere di restare bloccati nell'eseguire
-una lettura su uno di quelli che non è ``\textsl{pronto}'', quando ce ne
-potrebbe essere un altro con dati disponibili. 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
-dell'operazione bloccata dipende da quanto si otterrebbe dal file descriptor
-``\textsl{disponibile}'', si potrebbe addirittura arrivare ad un
-\itindex{deadlock} \textit{deadlock}.
-
-Abbiamo già accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} 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 lettura o scrittura 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 \itindex{polling}
-\textit{polling}, è estremamente inefficiente: si tiene costantemente
-impiegata la CPU solo per eseguire in continuazione delle \textit{system call}
-che nella gran parte dei casi falliranno.
-
-É appunto per superare questo problema è stato introdotto il concetto di
-\textit{I/O multiplexing}, una nuova modalità per la gestione dell'I/O che
-consente di tenere sotto controllo più file descriptor in contemporanea,
-permettendo di bloccare un processo quando le operazioni di lettura o
-scrittura non sono immediatamente effettuabili, e di riprenderne l'esecuzione
-una volta che almeno una di quelle che erano state richieste diventi
-possibile, 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 di utilizzo concreto 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, con la funzione \funcd{select} che è apparsa in
-BSD4.2 ed è stata standardizzata in BSD4.4, in seguito è stata portata su
-tutti i sistemi che supportano i socket, compreso le varianti di System V ed
-inserita in POSIX.1-2001; il suo prototipo è:\footnote{l'header
- \texttt{sys/select.h} è stato introdotto con POSIX.1-2001, è ed presente con
- le \acr{glibc} a partire dalla versione 2.0, in precedenza, con le
- \acr{libc4} e le \acr{libc5}, occorreva includere \texttt{sys/time.h},
- \texttt{sys/types.h} e \texttt{unistd.h}.}
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/select.h}
-\fdecl{int select(int ndfs, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds, fd\_set
- *exceptfds, \\
-\phantom{int select(}struct timeval *timeout)}
-\fdesc{Attende che uno fra i file descriptor degli insiemi specificati diventi
- attivo.}
-}
-{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 non valido
- (chiuso o con errori) in uno degli insiemi.
- \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale.
- \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
- o un valore non valido per \param{timeout}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.}
-\end{funcproto}
-
-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}.
-
-\itindbeg{file~descriptor~set}
-
-Per specificare quali file descriptor si intende 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 \itindex{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:
-
-{\centering
-\vspace{3pt}
-\begin{funcbox}{
-\fhead{sys/select.h}
-\fdecl{void \macro{FD\_ZERO}(fd\_set *set)}
-\fdesc{Inizializza l'insieme (vuoto).}
-\fdecl{void \macro{FD\_SET}(int fd, fd\_set *set)}
-\fdesc{Inserisce il file descriptor \param{fd} nell'insieme.}
-\fdecl{void \macro{FD\_CLR}(int fd, fd\_set *set)}
-\fdesc{Rimuove il file descriptor \param{fd} dall'insieme.}
-\fdecl{int \macro{FD\_ISSET}(int fd, fd\_set *set)}
-\fdesc{Controlla se il file descriptor \param{fd} è nell'insieme.}
-}
-\end{funcbox}}
-
-
-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 (ad esempio in Linux, fino alla
-serie 2.0.x, c'era un limite di 256 file per processo), ma da quando, nelle
-versioni più recenti del kernel, questo limite è stato rimosso, esso indica le
-dimensioni massime dei numeri usati nei \textit{file descriptor set}, ed il
-suo valore, secondo lo standard POSIX 1003.1-2001, è definito in
-\headfile{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. Allo stesso modo
-usare \macro{FD\_SET} o \macro{FD\_CLR} con un file descriptor il cui valore
-eccede \const{FD\_SETSIZE} può dare luogo ad un comportamento indefinito.
-
-La funzione richiede di specificare tre insiemi distinti di file descriptor;
-il primo, \param{readfds}, verrà osservato per rilevare la disponibilità di
-effettuare una lettura,\footnote{per essere precisi la funzione ritornerà in
- tutti i casi in cui la successiva esecuzione di \func{read} risulti non
- bloccante, quindi anche in caso di \textit{end-of-file}.} il secondo,
-\param{writefds}, per verificare la possibilità di effettuare una scrittura ed
-il terzo, \param{exceptfds}, per verificare l'esistenza di eccezioni come i
-dati urgenti \itindex{out-of-band} su un socket, (vedi
-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 valore più alto fra i file descriptor indicati nei tre
-insiemi precedenti. Questo viene fatto per efficienza, per evitare di passare
-e far controllare al kernel una quantità di memoria superiore a quella
-necessaria. Questo limite viene indicato tramite l'argomento \param{ndfs}, che
-deve corrispondere al valore massimo aumentato di uno. Si ricordi infatti che
-i file descriptor sono numerati progressivamente a partire da zero, ed il
-valore indica il numero più alto fra quelli da tenere sotto controllo,
-dimenticarsi di aumentare di uno il valore di \param{ndfs} è un errore comune.
-
-Infine l'argomento \param{timeout}, espresso con il puntatore ad una struttura
-di tipo \struct{timeval} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timeval_struct}) 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, e così può essere utilizzata eseguire il \itindex{polling}
-\textit{polling} su un gruppo di file descriptor. Usare questo argomento con
-tutti i \textit{file descriptor set} vuoti è un modo portabile, disponibile
-anche su sistemi in cui non sono disponibili le funzioni avanzate di
-sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, per tenere un processo in stato di
-\textit{sleep} con precisioni inferiori al secondo.
-
-In caso di successo la funzione restituisce il numero di file descriptor
-pronti, seguendo il comportamento previsto dallo standard
-POSIX.1-2001,\footnote{si tenga però presente che esistono alcune versioni di
- Unix che non si comportano in questo modo, restituendo un valore positivo
- generico.} 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 \macro{FD\_ISSET}. Se invece scade il tempo indicato
-da \param{timout} viene restituito un valore nullo e i \textit{file descriptor
- set} non vengono modificati. In caso di errore la funzione restituisce $-1$, i
-valori dei tre insiemi e di \param{timeout} sono indefiniti e non si può fare
-nessun affidamento sul loro contenuto; nelle versioni più recenti della
-funzione invece i \textit{file descriptor set} non vengono modificati anche in
-caso di errore.
-
-Si tenga presente infine che su Linux, in caso di programmazione
-\textit{multithread} se un file descriptor viene chiuso in un altro
-\textit{thread} rispetto a quello in cui si sta usando \func{select}, questa
-non subisce nessun effetto. In altre varianti di sistemi unix-like invece
-\func{select} ritorna indicando che il file descriptor è pronto, con
-conseguente possibile errore nel caso lo si usi senza che sia stato
-riaperto. Lo standard non prevede niente al riguardo e non si deve dare per
-assunto nessuno dei due comportamenti se si vogliono scrivere programmi
-portabili.
-
-
-\itindend{file~descriptor~set}
-
-Una volta ritornata la funzione, si potrà controllare quali sono i file
-descriptor pronti, ed operare su di essi. Si tenga presente però che
-\func{select} fornisce solo di un suggerimento, esistono infatti condizioni in
-cui \func{select} può riportare in maniera spuria che un file descriptor è
-pronto, ma l'esecuzione di una operazione di I/O si bloccherebbe: ad esempio
-con Linux questo avviene quando su un socket arrivano dei dati che poi vengono
-scartati perché corrotti (ma sono possibili pure altri casi); in tal caso pur
-risultando il relativo file descriptor pronto in lettura una successiva
-esecuzione di una \func{read} si bloccherebbe. Per questo motivo quando si usa
-l'\textit{I/O multiplexing} è sempre raccomandato l'uso delle funzioni di
-lettura e scrittura in modalità non bloccante.
-
-Su Linux quando la \textit{system call} \func{select} viene interrotta da un
-segnale modifica il valore nella struttura puntata da \param{timeout},
-impostandolo al tempo restante. In tal caso infatti si ha un errore di
-\errcode{EINTR} ed occorre rilanciare la funzione per proseguire l'attesa, ed
-in questo modo non è necessario ricalcolare tutte le volte il tempo
-rimanente. Questo può causare problemi di portabilità sia quando si usa 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 questa caratteristica è
-disponibile nei sistemi che derivano da System V e non è disponibile per
-quelli che derivano da BSD; lo standard POSIX.1-2001 non permette questo
-comportamento e per questo motivo le \acr{glibc} nascondono il comportamento
-passando alla \textit{system call} una copia dell'argomento \param{timeout}.
-
-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{ndfs} un limite massimo per
-tale valore, e per capire quali sono i file descriptor da tenere sotto
-controllo dovrà effettuare una scansione su tutto l'intervallo, che può anche
-essere molto ampio anche se i file descriptor sono solo poche unità; tutto ciò
-ha ovviamente delle conseguenze ampiamente negative per le prestazioni.
-
-Inoltre c'è anche il problema che il numero massimo dei file che si possono
-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 arbitrario 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 \headfile{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 \headfile{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{funcproto}{
-\fhead{sys/select.h}
-\fdecl{int pselect(int n, fd\_set *readfds, fd\_set *writefds,
- fd\_set *exceptfds, \\
-\phantom{int pselect(}struct timespec *timeout, sigset\_t *sigmask)}
-\fdesc{Attende che uno dei file descriptor degli insiemi specificati diventi
- attivo.}
-}
-{La funzione ritorna il numero (anche nullo) di file descriptor che sono
- attivi 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}] si è specificato per \param{ndfs} un valore negativo
- o un valore non valido per \param{timeout}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{ENOMEM} nel suo significato generico.
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione è sostanzialmente identica a \func{select}, solo che usa una
-struttura \struct{timespec} (vedi fig.~\ref{fig:sys_timespec_struct}) per
-indicare con maggiore precisione il timeout e non ne aggiorna il valore in
-caso di interruzione. In realtà anche in questo caso la \textit{system call}
-di Linux aggiorna il valore al tempo rimanente, ma la funzione fornita dalle
-\acr{glibc} modifica questo comportamento passando alla \textit{system call}
-una variabile locale, in modo da mantenere l'aderenza allo standard POSIX che
-richiede che il valore di \param{timeout} non sia modificato.
-
-Rispetto a \func{select} la nuova funzione prende un argomento
-aggiuntivo \param{sigmask}, un puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali}
-maschera di segnali (si veda sez.~\ref{sec:sig_sigmask}). Nell'esecuzione la
-maschera dei segnali corrente viene sostituita da quella così indicata
-immediatamente prima di eseguire l'attesa, e viene poi ripristinata al ritorno
-della funzione. L'uso di \param{sigmask} è stato introdotto allo scopo di
-prevenire possibili \textit{race condition} \itindex{race~condition} quando
-oltre alla presenza di dati sui file descriptor come nella \func{select}
-ordinaria, ci si deve porre in attesa anche dell'arrivo di un segnale.
-
-Come abbiamo visto in sez.~\ref{sec:sig_example} la tecnica classica per
-rilevare l'arrivo di un segnale è quella di utilizzare il gestore per
-impostare una \index{variabili!globali} variabile globale e controllare questa
-nel corpo principale del programma; abbiamo visto in quell'occasione come
-questo lasci spazio a possibili \itindex{race~condition} \textit{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 \itindex{race~condition} \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, fino al
- kernel 2.6.16, non era presente la relativa \textit{system call}, e la
- funzione era implementata nelle \acr{glibc} attraverso \func{select} (vedi
- \texttt{man select\_tut}) per cui la possibilità di \itindex{race~condition}
- \textit{race condition} permaneva; in tale situazione si può ricorrere ad
- una soluzione alternativa, chiamata \itindex{self-pipe trick}
- \textit{self-pipe trick}, che consiste nell'aprire una \textit{pipe} (vedi
- sez.~\ref{sec:ipc_pipes}) ed usare \func{select} sul capo in lettura della
- stessa; si può indicare l'arrivo di un segnale scrivendo sul capo in
- scrittura all'interno del gestore dello stesso; in questo modo anche se il
- segnale va perso prima della chiamata di \func{select} questa lo riconoscerà
- comunque dalla presenza di dati sulla \textit{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{Le funzioni \func{poll} e \func{ppoll}}
-\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 una
-interfaccia completamente diversa, basata sulla funzione di sistema
-\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, originariamente l'argomento \param{nfds} era di
- tipo \ctyp{unsigned int}, la funzione è stata inserita nello standard
- POSIX.1-2001 in cui è stato introdotto il tipo nativo \type{nfds\_t}.} il
-cui prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/poll.h}
-\fdecl{int poll(struct pollfd *ufds, nfds\_t nfds, int timeout)}
-\fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file
- descriptor.}
-}
-
-{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
- \const{RLIMIT\_NOFILE}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.}
-\end{funcproto}
-
-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}.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
- \includestruct{listati/pollfd.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{pollfd}, utilizzata per specificare le
- modalità di controllo di un file descriptor alla funzione \func{poll}.}
- \label{fig:file_pollfd}
-\end{figure}
-
-Per ciascun file da controllare deve essere inizializzata una struttura
-\struct{pollfd} nel vettore indicato dall'argomento \param{ufds}. La
-struttura, la cui definizione è riportata in fig.~\ref{fig:file_pollfd},
-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} ed il campo \var{revents} verrà azzerato, questo
-consente di eliminare temporaneamente un file descriptor dalla lista senza
-dover modificare il vettore \param{ufds}. 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 riportate in
-tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags}, insieme al loro significato. Le si sono
-suddivise in tre gruppi principali, nel primo gruppo si sono indicati i bit
-utilizzati per controllare l'attività in ingresso, nel secondo quelli per
-l'attività in uscita, infine il terzo gruppo contiene dei valori che vengono
-utilizzati solo nel campo \var{revents} per notificare delle condizioni di
-errore.
-
-\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 \itindex{out-of-band} dati
- urgenti.\\
- \hline
- \const{POLLOUT} & È possibile la scrittura immediata.\\
- \const{POLLWRNORM}& È possibile la scrittura di dati normali.\\
- \const{POLLWRBAND}& È possibile la scrittura di dati prioritari.\\
- \hline
- \const{POLLERR} & C'è una condizione di errore.\\
- \const{POLLHUP} & Si è verificato un hung-up.\\
- \const{POLLRDHUP} & Si è avuta una \textsl{half-close} su un
- socket.\footnotemark\\
- \const{POLLNVAL} & Il file descriptor non è aperto.\\
- \hline
- \const{POLLMSG} & Definito per compatibilità con SysV.\\
- \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}
-\end{table}
-
-\footnotetext{si tratta di una estensione specifica di Linux, disponibile a
- partire dal kernel 2.6.17 definendo la marco \macro{\_GNU\_SOURCE}, che
- consente di riconoscere la chiusura in scrittura dell'altro capo di un
- socket, situazione che si viene chiamata appunto \itindex{half-close}
- \textit{half-close} (\textsl{mezza chiusura}) su cui torneremo con maggiori
- dettagli in sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}.}
-
-Il valore \const{POLLMSG} non viene utilizzato ed è definito solo per
-compatibilità con l'implementazione di System V che usa i cosiddetti
-``\textit{stream}''. Si tratta di una interfaccia specifica di SysV non
-presente in Linux, che non ha nulla a che fare con gli \textit{stream} delle
-librerie standard del C visti in sez.~\ref{sec:file_stream}. Da essa derivano
-i nomi di alcune costanti poiché per quegli \textit{stream} sono definite tre
-classi di dati: \textsl{normali}, \textit{prioritari} ed \textit{urgenti}. In
-Linux la distinzione ha senso solo per i dati urgenti \itindex{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.
-
-Le costanti relative ai diversi tipi di dati normali e prioritari che fanno
-riferimento alle implementazioni in stile System V sono \const{POLLRDNORM},
-\const{POLLWRNORM}, \const{POLLRDBAND} e \const{POLLWRBAND}. Le prime due sono
-equivalenti rispettivamente a \const{POLLIN} e \const{POLLOUT},
-\const{POLLRDBAND} non viene praticamente mai usata su Linux mentre
-\const{POLLWRBAND} ha senso solo sui socket. In ogni caso queste costanti sono
-utilizzabili soltanto qualora si sia definita la macro
-\macro{\_XOPEN\_SOURCE}.
-
-In caso di successo \func{poll} 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, avvalorando i relativi bit
-di \var{revents}. In caso di errori sui file vengono utilizzati i valori della
-terza sezione di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} che hanno significato solo
-per \var{revents} (se specificati in \var{events} vengono ignorati). Un valore
-di ritorno 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}.
-
-L'uso di \func{poll} consente di superare alcuni dei problemi illustrati in
-precedenza per \func{select}; anzitutto, dato che in questo caso si usa un
-vettore di strutture \struct{pollfd} di dimensione arbitraria, non esiste il
-limite introdotto dalle dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
-\textit{file descriptor set} e la dimensione dei dati passati al kernel
-dipende solo dal numero dei file descriptor che si vogliono controllare, non
-dal loro valore. Infatti, anche se usando dei bit un \textit{file descriptor
- set} può essere più efficiente di un vettore di strutture \struct{pollfd},
-qualora si debba osservare un solo file descriptor con un valore molto alto ci
-si troverà ad utilizzare inutilmente un maggiore quantitativo di memoria.
-
-Inoltre con \func{select} lo stesso \itindex{file~descriptor~set} \textit{file
- descriptor set} è usato sia in ingresso che in uscita, e questo significa
-che tutte le volte che si vuole ripetere l'operazione occorre reinizializzarlo
-da capo. Questa operazione, che può essere molto onerosa se i file descriptor
-da tenere sotto osservazione sono molti, non è invece necessaria con
-\func{poll}.
-
-Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come lo standard POSIX preveda una
-variante di \func{select} che consente di gestire correttamente la ricezione
-dei segnali nell'attesa su un file descriptor. Con l'introduzione di una
-implementazione reale di \func{pselect} nel kernel 2.6.16, è stata aggiunta
-anche una analoga funzione che svolga lo stesso ruolo per \func{poll}.
-
-In questo caso si tratta di una estensione che è specifica di Linux e non è
-prevista da nessuno standard; essa può essere utilizzata esclusivamente se si
-definisce la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} ed ovviamente non deve essere usata
-se si ha a cuore la portabilità. La funzione è \funcd{ppoll}, ed il suo
-prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/poll.h}
-\fdecl{int ppoll(struct pollfd *fds, nfds\_t nfds,
- const struct timespec *timeout, \\
-\phantom{int ppoll(}const sigset\_t *sigmask)}
-
-\fdesc{Attende un cambiamento di stato su un insieme di file descriptor.}
-}
-
-{La funzione ritorna il numero di file descriptor con attività in caso di
- successo, $0$ se c'è stato un timeout 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
- \const{RLIMIT\_NOFILE}.
- \end{errlist}
-ed inoltre \errval{EFAULT} e \errval{ENOMEM} nel loro significato generico.
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione ha lo stesso comportamento di \func{poll}, solo che si può
-specificare, con l'argomento \param{sigmask}, il puntatore ad una
-\index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali; questa sarà la maschera
-utilizzata per tutto il tempo che la funzione resterà in attesa, all'uscita
-viene ripristinata la maschera originale. L'uso di questa funzione è cioè
-equivalente, come illustrato nella pagina di manuale, all'esecuzione atomica
-del seguente codice:
-\includecodesnip{listati/ppoll_means.c}
-
-Eccetto per \param{timeout}, che come per \func{pselect} deve essere un
-puntatore ad una struttura \struct{timespec}, gli altri argomenti comuni con
-\func{poll} hanno lo stesso significato, e la funzione restituisce gli stessi
-risultati illustrati in precedenza. Come nel caso di \func{pselect} la
-\textit{system call} che implementa \func{ppoll} restituisce, se la funzione
-viene interrotta da un segnale, il tempo mancante in \param{timeout}, e come
-per \func{pselect} la funzione di libreria fornita dalle \acr{glibc} maschera
-questo comportamento non modificando mai il valore di \param{timeout} anche se
-in questo caso non esiste nessuno standard che richieda questo comportamento.
-
-Infine anche per \func{poll} e \func{ppoll} valgono le considerazioni relative
-alla possibilità di avere delle notificazione spurie della disponibilita di
-accesso ai file descriptor illustrate per \func{select} in
-sez.~\ref{sec:file_select}, che non staremo a ripetere qui.
-
-\subsection{L'interfaccia di \textit{epoll}}
-\label{sec:file_epoll}
-
-\itindbeg{epoll}
-
-Nonostante \func{poll} presenti alcuni vantaggi rispetto a \func{select},
-anche questa funzione non è molto efficiente quando deve essere utilizzata con
-un gran numero di file descriptor,\footnote{in casi del genere \func{select}
- viene scartata a priori, perché può avvenire che il numero di file
- descriptor ecceda le dimensioni massime di un \itindex{file~descriptor~set}
- \textit{file descriptor set}.} in particolare nel caso in cui solo pochi di
-questi diventano attivi. Il problema in questo caso è che il tempo impiegato
-da \func{poll} a trasferire i dati da e verso il kernel è proporzionale al
-numero di file descriptor osservati, non a quelli che presentano attività.
-
-Quando ci sono decine di migliaia di file descriptor osservati e migliaia di
-eventi al secondo (il caso classico è quello di un server web di un sito con
-molti accessi) l'uso di \func{poll} comporta la necessità di trasferire avanti
-ed indietro da \textit{user space} a \textit{kernel space} una lunga lista di
-strutture \struct{pollfd} migliaia di volte al secondo. A questo poi si
-aggiunge il fatto che la maggior parte del tempo di esecuzione sarà impegnato
-ad eseguire una scansione su tutti i file descriptor tenuti sotto controllo
-per determinare quali di essi (in genere una piccola percentuale) sono
-diventati attivi. In una situazione come questa l'uso delle funzioni classiche
-dell'interfaccia dell'\textit{I/O multiplexing} viene a costituire un collo di
-bottiglia che degrada irrimediabilmente le prestazioni.
-
-Per risolvere questo tipo di situazioni sono state ideate delle interfacce
-specialistiche (come \texttt{/dev/poll} in Solaris, o \texttt{kqueue} in BSD)
-il cui scopo fondamentale è quello di restituire solamente le informazioni
-relative ai file descriptor osservati che presentano una attività, evitando
-così le problematiche appena illustrate. In genere queste prevedono che si
-registrino una sola volta i file descriptor da tenere sotto osservazione, e
-forniscono un meccanismo che notifica quali di questi presentano attività.
-
-Le modalità con cui avviene la notifica sono due, la prima è quella classica
-(quella usata da \func{poll} e \func{select}) che viene chiamata \textit{level
- triggered}.\footnote{la nomenclatura è stata introdotta da Jonathan Lemon in
- un articolo su \texttt{kqueue} al BSDCON 2000, e deriva da quella usata
- nell'elettronica digitale.} In questa modalità vengono notificati i file
-descriptor che sono \textsl{pronti} per l'operazione richiesta, e questo
-avviene indipendentemente dalle operazioni che possono essere state fatte su
-di essi a partire dalla precedente notifica. Per chiarire meglio il concetto
-ricorriamo ad un esempio: se su un file descriptor sono diventati disponibili
-in lettura 2000 byte ma dopo la notifica ne sono letti solo 1000 (ed è quindi
-possibile eseguire una ulteriore lettura dei restanti 1000), in modalità
-\textit{level triggered} questo sarà nuovamente notificato come
-\textsl{pronto}.
-
-La seconda modalità, è detta \textit{edge triggered}, e prevede che invece
-vengano notificati solo i file descriptor che hanno subito una transizione da
-\textsl{non pronti} a \textsl{pronti}. Questo significa che in modalità
-\textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
-diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
-notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
-byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i dati disponibili, e che
-il file descriptor sia tornato non essere pronto, si potrà ricevere una
-ulteriore notifica qualora ritornasse pronto.
-
-Nel caso di Linux al momento la sola interfaccia che fornisce questo tipo di
-servizio è chiamata \textit{epoll},\footnote{l'interfaccia è stata creata da
- Davide Libenzi, ed è stata introdotta per la prima volta nel kernel 2.5.44,
- ma la sua forma definitiva è stata raggiunta nel kernel 2.5.66, il supporto
- è stato aggiunto nelle \acr{glibc} a partire dalla versione 2.3.2.} anche se
-sono state in discussione altre interfacce con le quali effettuare lo stesso
-tipo di operazioni; \textit{epoll} è in grado di operare sia in modalità
-\textit{level triggered} che \textit{edge triggered}.
-
-La prima versione di \textit{epoll} prevedeva l'apertura di uno speciale file
-di dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
-utilizzare con le funzioni dell'interfaccia ma poi si è passati all'uso di
-apposite \textit{system call}. Il primo passo per usare l'interfaccia di
-\textit{epoll} è pertanto quello ottenere detto file descriptor chiamando una
-delle due funzioni di sistema \funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},
-i cui prototipi sono:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/epoll.h}
-\fdecl{int epoll\_create(int size)}
-\fdecl{int epoll\_create1(int flags)}
-
-\fdesc{Apre un file descriptor per \textit{epoll}.}
-}
-{Le funzioni ritornano un file descriptor per \textit{epoll} 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 di \param{size} non
- positivo o non valido per \param{flags}.
- \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
- istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
- \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_instances}.
- \item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
- nel sistema.
- \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
- l'istanza.
- \end{errlist}
-}
-\end{funcproto}
-
-Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor, detto anche
-\textit{epoll descriptor}; si tratta di un file descriptor speciale (per cui
-\func{read} e \func{write} non sono supportate) che viene associato alla
-infrastruttura utilizzata dal kernel per gestire la notifica degli eventi, e
-che può a sua volta essere messo sotto osservazione con una chiamata a
-\func{select}, \func{poll} o \func{epoll\_ctl}; in tal caso risulterà pronto
-quando saranno disponibili eventi da notificare riguardo i file descriptor da
-lui osservati.\footnote{è anche possibile inviarlo ad un altro processo
- attraverso un socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}) ma
- l'operazione non ha alcun senso dato che il nuovo processo non avrà a
- disposizione le copie dei file descriptor messe sotto osservazione tramite
- esso.} Una volta che se ne sia terminato l'uso si potranno rilasciare tutte
-le risorse allocate chiudendolo semplicemente con \func{close}.
-
-Nel caso di \func{epoll\_create} l'argomento \param{size} serviva a dare
-l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
-controllo, e costituiva solo un suggerimento per semplificare l'allocazione di
-risorse sufficienti, non un valore massimo, ma a partire dal kernel 2.6.8 esso
-viene totalmente ignorato e l'allocazione è sempre dinamica.
-
-La seconda versione della funzione, \func{epoll\_create1} è stata introdotta
-come estensione della precedente (è disponibile solo a partire dal kernel
-2.6.27) per poter passare dei flag di controllo come maschera binaria in fase
-di creazione del file descriptor. Al momento l'unico valore legale
-per \param{flags} (a parte lo zero) è \const{EPOLL\_CLOEXEC}, che consente di
-impostare in maniera atomica sul file descriptor il flag di
-\itindex{close-on-exec} \textit{close-on-exec} (si è trattato il significato
-di \const{O\_CLOEXEC} in sez.~\ref{sec:file_open_close}), senza che sia
-necessaria una successiva chiamata a \func{fcntl}.
-
-Una volta ottenuto un file descriptor per \textit{epoll} il passo successivo è
-indicare quali file descriptor mettere sotto osservazione e quali operazioni
-controllare, per questo si deve usare la seconda funzione di sistema
-dell'interfaccia, \funcd{epoll\_ctl}, il cui prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/epoll.h}
-\fdecl{int epoll\_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll\_event *event)}
-
-\fdesc{Esegue le operazioni di controllo di \textit{epoll}.}
-}
-
-{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}] i file descriptor \param{epfd} o \param{fd} non sono
- validi.
- \item[\errcode{EEXIST}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_ADD} ma
- \param{fd} è già stato inserito in \param{epfd}.
- \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
- con \func{epoll\_create}, o \param{fd} è lo stesso \param{epfd} o
- l'operazione richiesta con \param{op} non è supportata.
- \item[\errcode{ENOENT}] l'operazione richiesta è \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
- \const{EPOLL\_CTL\_DEL} ma \param{fd} non è inserito in \param{epfd}.
- \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
- l'operazione richiesta.
- \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
- per utente di file descriptor da osservare imposto da
- \sysctlfile{fs/epoll/max\_user\_watches}.
- \item[\errcode{EPERM}] il file associato a \param{fd} non supporta l'uso di
- \textit{epoll}.
- \end{errlist}
- }
-\end{funcproto}
-
-La funzione prende sempre come primo argomento un file descriptor di
-\textit{epoll}, \param{epfd}, che indica quale istanza di \textit{epoll} usare
-e deve pertanto essere stato ottenuto in precedenza con una chiamata a
-\func{epoll\_create} o \func{epoll\_create1}. L'argomento \param{fd} indica
-invece il file descriptor che si vuole tenere sotto controllo, quest'ultimo
-può essere un qualunque file descriptor utilizzabile con \func{poll}, ed anche
-un altro file descriptor di \textit{epoll}, ma non lo stesso \param{epfd}.
-
-Il comportamento della funzione viene controllato dal valore dall'argomento
-\param{op} che consente di specificare quale operazione deve essere eseguita.
-Le costanti che definiscono i valori utilizzabili per \param{op}
-sono riportate in tab.~\ref{tab:epoll_ctl_operation}, assieme al significato
-delle operazioni cui fanno riferimento.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{EPOLL\_CTL\_ADD}& Aggiunge un nuovo file descriptor da osservare
- \param{fd} alla lista dei file descriptor
- controllati tramite \param{epfd}, in
- \param{event} devono essere specificate le
- modalità di osservazione.\\
- \const{EPOLL\_CTL\_MOD}& Modifica le modalità di osservazione del file
- descriptor \param{fd} secondo il contenuto di
- \param{event}.\\
- \const{EPOLL\_CTL\_DEL}& Rimuove il file descriptor \param{fd} dalla lista
- dei file controllati tramite \param{epfd}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{op} che consentono di scegliere quale
- operazione di controllo effettuare con la funzione \func{epoll\_ctl}.}
- \label{tab:epoll_ctl_operation}
-\end{table}
-
-% era stata aggiunta EPOLL_CTL_DISABLE in previsione del kernel 3.7, vedi
-% http://lwn.net/Articles/520012/ e http://lwn.net/Articles/520198/
-% ma non è mai stata inserita.
-
-Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
-l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo utilizzando una serie
-di chiamate a \const{EPOLL\_CTL\_ADD}.\footnote{un difetto dell'interfaccia è
- che queste chiamate devono essere ripetute per ciascun file descriptor,
- incorrendo in una perdita di prestazioni qualora il numero di file
- descriptor sia molto grande; per questo è stato proposto di introdurre come
- estensione una funzione \code{epoll\_ctlv} che consenta di effettuare con
- una sola chiamata le impostazioni per un blocco di file descriptor.} L'uso
-di \const{EPOLL\_CTL\_MOD} consente in seguito di modificare le modalità di
-osservazione di un file descriptor che sia già stato aggiunto alla lista di
-osservazione. Qualora non si abbia più interesse nell'osservazione di un file
-descriptor lo si può rimuovere dalla lista associata a \param{epfd} con
-\const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
-
-Anche se è possibile tenere sotto controllo lo stesso file descriptor in due
-istanze distinte di \textit{epoll} in genere questo è sconsigliato in quanto
-entrambe riceveranno le notifiche, e gestire correttamente le notifiche
-multiple richiede molta attenzione. Se invece si cerca di inserire due volte
-lo stesso file descriptor nella stessa istanza di \textit{epoll} la funzione
-fallirà con un errore di \errval{EEXIST}. Tuttavia è possibile inserire nella
-stessa istanza file descriptor duplicati (si ricordi quanto visto in
-sez.~\ref{sec:file_dup}), una tecnica che può essere usata per registrarli con
-un valore diverso per \param{events} e classificare così diversi tipi di
-eventi.
-
-Si tenga presente che quando si chiude un file descriptor questo, se era stato
-posto sotto osservazione da una istanza di \textit{epoll}, viene rimosso
-automaticamente solo nel caso esso sia l'unico riferimento al file aperto
-sottostante (più precisamente alla struttura \kstruct{file}, si ricordi
-fig.~\ref{fig:file_dup}) e non è necessario usare
-\const{EPOLL\_CTL\_DEL}. Questo non avviene qualora esso sia stato duplicato
-(perché la suddetta struttura non viene disallocata) e si potranno ricevere
-eventi ad esso relativi anche dopo che lo si è chiuso; per evitare
-l'inconveniente è necessario rimuoverlo esplicitamente con
-\const{EPOLL\_CTL\_DEL}.
-
-L'ultimo argomento, \param{event}, deve essere un puntatore ad una struttura
-di tipo \struct{epoll\_event}, ed ha significato solo con le operazioni
-\const{EPOLL\_CTL\_MOD} e \const{EPOLL\_CTL\_ADD}, per le quali serve ad
-indicare quale tipo di evento relativo ad \param{fd} si vuole che sia tenuto
-sotto controllo. L'argomento viene ignorato con l'operazione
-\const{EPOLL\_CTL\_DEL}.\footnote{fino al kernel 2.6.9 era comunque richiesto
- che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
- partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \val{NULL} ma se si
- vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
- puntatore valido.}
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
- \includestruct{listati/epoll_event.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{epoll\_event}, che consente di specificare
- gli eventi associati ad un file descriptor controllato con
- \textit{epoll}.}
- \label{fig:epoll_event}
-\end{figure}
-
-La struttura \struct{epoll\_event} è l'analoga di \struct{pollfd} e come
-quest'ultima serve sia in ingresso (quando usata con \func{epoll\_ctl}) ad
-impostare quali eventi osservare, che in uscita (nei risultati ottenuti con
-\func{epoll\_wait}) per ricevere le notifiche degli eventi avvenuti. La sua
-definizione è riportata in fig.~\ref{fig:epoll_event}.
-
-Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
-corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
-deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:epoll_events}. Nella prima parte della tabella si sono indicate
-le costanti che permettono di indicare il tipo di evento, che sono le
-equivalenti delle analoghe di tab.~\ref{tab:file_pollfd_flags} per
-\func{poll}. Queste sono anche quelle riportate nella struttura
-\struct{epoll\_event} restituita da \func{epoll\_wait} per indicare il tipo di
-evento presentatosi, insieme a quelle della seconda parte della tabella, che
-vengono comunque riportate anche se non le si sono impostate con
-\func{epoll\_ctl}. La terza parte della tabella contiene le costanti che
-modificano le modalità di notifica.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{10cm}|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{EPOLLIN} & Il file è pronto per le operazioni di lettura
- (analogo di \const{POLLIN}).\\
- \const{EPOLLOUT} & Il file è pronto per le operazioni di scrittura
- (analogo di \const{POLLOUT}).\\
- \const{EPOLLRDHUP} & L'altro capo di un socket di tipo
- \const{SOCK\_STREAM} (vedi sez.~\ref{sec:sock_type})
- ha chiuso la connessione o il capo in scrittura
- della stessa (vedi
- sez.~\ref{sec:TCP_shutdown}).\footnotemark\\
- \const{EPOLLPRI} & Ci sono \itindex{out-of-band} dati urgenti
- disponibili in lettura (analogo di
- \const{POLLPRI}); questa condizione viene comunque
- riportata in uscita, e non è necessaria impostarla
- in ingresso.\\
- \hline
- \const{EPOLLERR} & Si è verificata una condizione di errore
- (analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
- viene comunque riportata in uscita, e non è
- necessaria impostarla in ingresso.\\
- \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
- condizione viene comunque riportata in uscita, e non
- è necessaria impostarla in ingresso.\\
- \hline
- \const{EPOLLET} & Imposta la notifica in modalità \textit{edge
- triggered} per il file descriptor associato.\\
- \const{EPOLLONESHOT}& Imposta la modalità \textit{one-shot} per il file
- descriptor associato (questa modalità è disponibile
- solo a partire dal kernel 2.6.2).\\
- \const{EPOLLWAKEUP} & Attiva la prevenzione della sospensione del sistema
- se il file descriptor che si è marcato con esso
- diventa pronto (aggiunto a partire dal kernel 3.5),
- può essere impostato solo dall'amministratore (o da
- un processo con la capacità
- \const{CAP\_BLOCK\_SUSPEND}).\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Costanti che identificano i bit del campo \param{events} di
- \struct{epoll\_event}.}
- \label{tab:epoll_events}
-\end{table}
-
-\footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.17,
- ed è utile per riconoscere la chiusura di una connessione dall'altro capo di
- un socket quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
-
-Il secondo campo, \var{data}, è una \direct{union} che serve a identificare il
-file descriptor a cui si intende fare riferimento, ed in astratto può
-contenere un valore qualsiasi (specificabile in diverse forme) che ne permetta
-una indicazione univoca. Il modo più comune di usarlo però è quello in cui si
-specifica il terzo argomento di \func{epoll\_ctl} nella forma
-\var{event.data.fd}, assegnando come valore di questo campo lo stesso valore
-dell'argomento \param{fd}, cosa che permette una immediata identificazione del
-file descriptor.
-
-% TODO verificare se prima o poi epoll_ctlv verrà introdotta
-
-Le impostazioni di default prevedono che la notifica degli eventi richiesti
-sia effettuata in modalità \textit{level triggered}, a meno che sul file
-descriptor non si sia impostata la modalità \textit{edge triggered},
-registrandolo con \const{EPOLLET} attivo nel campo \var{events}.
-
-Infine una particolare modalità di notifica è quella impostata con
-\const{EPOLLONESHOT}: a causa dell'implementazione di \textit{epoll} infatti
-quando si è in modalità \textit{edge triggered} l'arrivo in rapida successione
-di dati in blocchi separati (questo è tipico con i socket di rete, in quanto i
-dati arrivano a pacchetti) può causare una generazione di eventi (ad esempio
-segnalazioni di dati in lettura disponibili) anche se la condizione è già
-stata rilevata (si avrebbe cioè una rottura della logica \textit{edge
- triggered}).
-
-Anche se la situazione è facile da gestire, la si può evitare utilizzando
-\const{EPOLLONESHOT} per impostare la modalità \textit{one-shot}, in cui la
-notifica di un evento viene effettuata una sola volta, dopo di che il file
-descriptor osservato, pur restando nella lista di osservazione, viene
-automaticamente disattivato (la cosa avviene contestualmente al ritorno di
-\func{epoll\_wait} a causa dell'evento in questione) e per essere riutilizzato
-dovrà essere riabilitato esplicitamente con una successiva chiamata con
-\const{EPOLL\_CTL\_MOD}.
-
-Una volta impostato l'insieme di file descriptor che si vogliono osservare con
-i relativi eventi, la funzione di sistema che consente di attendere
-l'occorrenza di uno di tali eventi è \funcd{epoll\_wait}, il cui prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/epoll.h}
-\fdecl{int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
- int timeout)}
-
-\fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto.}
-}
-
-{La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
- $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor \param{epfd} non è valido.
- \item[\errcode{EFAULT}] il puntatore \param{events} non è valido.
- \item[\errcode{EINTR}] la funzione è stata interrotta da un segnale prima
- della scadenza di \param{timeout}.
- \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{epfd} non è stato ottenuto
- con \func{epoll\_create}, o \param{maxevents} non è maggiore di zero.
- \end{errlist}
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione si blocca in attesa di un evento per i file descriptor registrati
-nella lista di osservazione di \param{epfd} fino ad un tempo massimo
-specificato in millisecondi tramite l'argomento \param{timeout}. Gli eventi
-registrati vengono riportati in un vettore di strutture \struct{epoll\_event}
-(che deve essere stato allocato in precedenza) all'indirizzo indicato
-dall'argomento \param{events}, fino ad un numero massimo di eventi impostato
-con l'argomento \param{maxevents}.
-
-La funzione ritorna il numero di eventi rilevati, o un valore nullo qualora
-sia scaduto il tempo massimo impostato con \param{timeout}. Per quest'ultimo,
-oltre ad un numero di millisecondi, si può utilizzare il valore nullo, che
-indica di non attendere e ritornare immediatamente (anche in questo caso il
-valore di ritorno sarà nullo) o il valore $-1$, che indica un'attesa
-indefinita. L'argomento \param{maxevents} dovrà invece essere sempre un intero
-positivo.
-
-Come accennato la funzione restituisce i suoi risultati nel vettore di
-strutture \struct{epoll\_event} puntato da \param{events}; in tal caso nel
-campo \param{events} di ciascuna di esse saranno attivi i flag relativi agli
-eventi accaduti, mentre nel campo \var{data} sarà restituito il valore che era
-stato impostato per il file descriptor per cui si è verificato l'evento quando
-questo era stato registrato con le operazioni \const{EPOLL\_CTL\_MOD} o
-\const{EPOLL\_CTL\_ADD}, in questo modo il campo \var{data} consente di
-identificare il file descriptor, ed è per questo che, come accennato, è
-consuetudine usare per \var{data} il valore del file descriptor stesso.
-
-Si ricordi che le occasioni per cui \func{epoll\_wait} ritorna dipendono da
-come si è impostata la modalità di osservazione (se \textit{level triggered} o
-\textit{edge triggered}) del singolo file descriptor. L'interfaccia assicura
-che se arrivano più eventi fra due chiamate successive ad \func{epoll\_wait}
-questi vengano combinati. Inoltre qualora su un file descriptor fossero
-presenti eventi non ancora notificati, e si effettuasse una modifica
-dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
-luce delle modifiche.
-
-Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
-il ritorno di \func{epoll\_wait} avviene solo quando il file descriptor ha
-cambiato stato diventando pronto. Esso non sarà riportato nuovamente fino ad
-un altro cambiamento di stato, per cui occorre assicurarsi di aver
-completamente esaurito le operazioni su di esso. Questa condizione viene
-generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di \errcode{EAGAIN} al
-ritorno di una \func{read} o una \func{write}, (è opportuno ricordare ancora
-una volta che l'uso dell'\textit{I/O multiplexing} richiede di operare sui
-file in modalità non bloccante) ma questa non è la sola modalità possibile, ad
-esempio la condizione può essere riconosciuta anche per il fatto che sono
-stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
-
-Si tenga presente che in modalità \textit{edge triggered}, dovendo esaurire le
-attività di I/O dei file descriptor risultati pronti per poter essere
-rinotificati, la gestione elementare per cui li si trattano uno per uno in
-sequenza può portare ad un effetto denominato \textit{starvation}
-(``\textsl{carestia}''). Si rischia cioè di concentrare le operazioni sul
-primo file descriptor che dispone di molti dati, prolungandole per tempi molto
-lunghi con un ritardo che può risultare eccessivo nei confronti di quelle da
-eseguire sugli altri che verrebbero dopo. Per evitare questo tipo di
-problematiche viene consigliato di usare \func{epoll\_wait} per registrare un
-elenco dei file descriptor da gestire, e di trattarli a turno in maniera più
-equa.
-
-Come già per \func{select} e \func{poll} anche per l'interfaccia di
-\textit{epoll} si pone il problema di gestire l'attesa di segnali e di dati
-contemporaneamente. Valgono le osservazioni fatte in
-sez.~\ref{sec:file_select}, e per poterlo fare di nuovo è necessaria una
-variante della funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una
-\index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali, analoga alle estensioni
-\func{pselect} e \func{ppoll} che abbiamo visto in precedenza per
-\func{select} e \func{poll}. In questo caso la funzione di sistema si chiama
-\funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funzione è stata introdotta a partire dal
- kernel 2.6.19, ed è come tutta l'interfaccia di \textit{epoll}, specifica di
- Linux.} ed il suo prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/epoll.h}
-\fdecl{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
- int timeout, \\
-\phantom{int epoll\_pwait(}const sigset\_t *sigmask)}
-
-\fdesc{Attende che uno dei file descriptor osservati sia pronto, mascherando
- i segnali.} }
-
-{La funzione ritorna il numero di file descriptor pronti in caso di successo e
- $-1$ per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori già
- visti con \funcd{epoll\_wait}.
-
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione è del tutto analoga \funcd{epoll\_wait}, soltanto che alla sua
-uscita viene ripristinata la \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali
-originale, sostituita durante l'esecuzione da quella impostata con
-l'argomento \param{sigmask}; in sostanza la chiamata a questa funzione è
-equivalente al seguente codice, eseguito però in maniera atomica:
-\includecodesnip{listati/epoll_pwait_means.c}
-
-Si tenga presente che come le precedenti funzioni di \textit{I/O multiplexing}
-anche le funzioni dell'interfaccia di \textit{epoll} vengono utilizzate
-prevalentemente con i server di rete, quando si devono tenere sotto
-osservazione un gran numero di socket; per questo motivo rimandiamo anche in
-questo caso la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in
-dettaglio le caratteristiche dei socket; in particolare si potrà trovare un
-programma che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_serv_epoll}.
-
-\itindend{epoll}
-
-
-\subsection{La notifica di eventi tramite file descriptor}
-\label{sec:sig_signalfd_eventfd}
-
-Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:file_select} come il meccanismo classico delle
-notifiche di eventi tramite i segnali, presente da sempre nei sistemi
-unix-like, porti a notevoli problemi nell'interazione con le funzioni per
-l'\textit{I/O multiplexing}, tanto che per evitare possibili
-\itindex{race~condition} \textit{race condition} sono state introdotte
-estensioni dello standard POSIX e funzioni apposite come \func{pselect},
-\func{ppoll} e \funcd{epoll\_pwait}.
-
-Benché i segnali siano il meccanismo più usato per effettuare notifiche ai
-processi, la loro interfaccia di programmazione, che comporta l'esecuzione di
-una funzione di gestione in maniera asincrona e totalmente scorrelata
-dall'ordinario flusso di esecuzione del processo, si è però dimostrata quasi
-subito assai problematica. Oltre ai limiti relativi ai limiti al cosa si può
-fare all'interno della funzione del gestore di segnali (quelli illustrati in
-sez.~\ref{sec:sig_signal_handler}), c'è il problema più generale consistente
-nel fatto che questa modalità di funzionamento cozza con altre interfacce di
-programmazione previste dal sistema in cui si opera in maniera
-\textsl{sincrona}, come quelle dell'\textit{I/O multiplexing} appena
-illustrate.
-
-In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
-gli eventi a cui deve reagire in maniera sincrona generando le opportune
-risposte, mentre con l'arrivo di un segnale si possono avere interruzioni
-asincrone in qualunque momento. Questo comporta la necessità di dover
-gestire, quando si deve tener conto di entrambi i tipi di eventi, le
-interruzioni delle funzioni di attesa sincrone, ed evitare possibili
-\itindex{race~condition} \textit{race conditions}. In sostanza se non ci
-fossero i segnali non ci sarebbe da preoccuparsi, fintanto che si effettuano
-operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
-\index{system~call~lente} \textit{system call} lente che vengono interrotte e
-devono essere riavviate.
-
-Abbiamo visto però in sez.~\ref{sec:sig_real_time} che insieme ai segnali
-\textit{real-time} sono state introdotte anche delle interfacce di gestione
-sincrona dei segnali, con la funzione \func{sigwait} e le sue affini. Queste
-funzioni consentono di gestire i segnali bloccando un processo fino alla
-avvenuta ricezione e disabilitando l'esecuzione asincrona rispetto al resto
-del programma del gestore del segnale. Questo consente di risolvere i problemi
-di atomicità nella gestione degli eventi associati ai segnali, avendo tutto il
-controllo nel flusso principale del programma, ottenendo così una gestione
-simile a quella dell'\textit{I/O multiplexing}, ma non risolve i problemi
-delle interazioni con quest'ultimo, perché o si aspetta la ricezione di un
-segnale o si aspetta che un file descriptor sia accessibile e nessuna delle
-rispettive funzioni consente di fare contemporaneamente entrambe le cose.
-
-Per risolvere questo problema nello sviluppo del kernel si è pensato di
-introdurre un meccanismo alternativo per la notifica dei segnali (esteso anche
-ad altri eventi generici) che, ispirandosi di nuovo alla filosofia di Unix per
-cui tutto è un file, consentisse di eseguire la notifica con l'uso di
-opportuni file descriptor. Ovviamente si tratta di una funzionalità specifica
-di Linux, non presente in altri sistemi unix-like, e non prevista da nessuno
-standard, per cui va evitata se si ha a cuore la portabilità.
-
-In sostanza, come per \func{sigwait}, si può disabilitare l'esecuzione di un
-gestore in occasione dell'arrivo di un segnale, e rilevarne l'avvenuta
-ricezione leggendone la notifica tramite l'uso di uno speciale file
-descriptor. Trattandosi di un file descriptor questo potrà essere tenuto sotto
-osservazione con le ordinarie funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a
-dire con le solite \func{select}, \func{poll} e \funcd{epoll\_wait}) allo
-stesso modo di quelli associati a file o socket, per cui alla fine si potrà
-attendere in contemporanea sia l'arrivo del segnale che la disponibilità di
-accesso ai dati relativi a questi ultimi.
-
-La funzione di sistema che permette di abilitare la ricezione dei segnali
-tramite file descriptor è \funcd{signalfd},\footnote{in realtà quella
- riportata è l'interfaccia alla funzione fornita dalle \acr{glibc}, esistono
- infatti due versioni diverse della \textit{system call}; una prima versione,
- \func{signalfd}, introdotta nel kernel 2.6.22 e disponibile con le
- \acr{glibc} 2.8 che non supporta l'argomento \texttt{flags}, ed una seconda
- versione, \funcm{signalfd4}, introdotta con il kernel 2.6.27 e che è quella
- che viene sempre usata a partire dalle \acr{glibc} 2.9, che prende un
- argomento aggiuntivo \code{size\_t sizemask} che indica la dimensione della
- \index{maschera~dei~segnali} maschera dei segnali, il cui valore viene
- impostato automaticamente dalle \acr{glibc}.} il cui prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/signalfd.h}
-\fdecl{int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
-
-\fdesc{Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.}
-}
-
-{La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
- per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EBADF}] il valore \param{fd} non indica un file descriptor.
- \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
- con \func{signalfd} o il valore di \param{flags} non è valido.
- \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
- dispositivo per la gestione anonima degli \itindex{inode} \textit{inode}
- associati al file descriptor.
- \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
- descriptor di \func{signalfd}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
-
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione consente di creare o modificare le caratteristiche di un file
-descriptor speciale su cui ricevere le notifiche della ricezione di
-segnali. Per creare ex-novo uno di questi file descriptor è necessario passare
-$-1$ come valore per l'argomento \param{fd}, ogni altro valore positivo verrà
-invece interpretato come il numero del file descriptor (che deve esser stato
-precedentemente creato sempre con \func{signalfd}) di cui si vogliono
-modificare le caratteristiche. Nel primo caso la funzione ritornerà il valore
-del nuovo file descriptor e nel secondo caso il valore indicato
-con \param{fd}, in caso di errore invece verrà restituito $-1$.
-
-L'elenco dei segnali che si vogliono gestire con \func{signalfd} deve essere
-specificato tramite l'argomento \param{mask}. Questo deve essere passato come
-puntatore ad una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali creata con
-l'uso delle apposite macro già illustrate in sez.~\ref{sec:sig_sigset}. La
-maschera deve indicare su quali segnali si intende operare con
-\func{signalfd}; l'elenco può essere modificato con una successiva chiamata a
-\func{signalfd}. Dato che \signal{SIGKILL} e \signal{SIGSTOP} non possono
-essere intercettati (e non prevedono neanche la possibilità di un gestore) un
-loro inserimento nella maschera verrà ignorato senza generare errori.
-
-L'argomento \param{flags} consente di impostare direttamente in fase di
-creazione due flag per il file descriptor analoghi a quelli che si possono
-impostare con una creazione ordinaria con \func{open}, evitando una
-impostazione successiva con \func{fcntl} (si ricordi che questo è un argomento
-aggiuntivo, introdotto con la versione fornita a partire dal kernel 2.6.27,
-per kernel precedenti il valore deve essere nullo). L'argomento deve essere
-specificato come maschera binaria dei valori riportati in
-tab.~\ref{tab:signalfd_flags}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{SFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
- \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\
- \const{SFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
- chiusura automatica del file descriptor nella
- esecuzione di \func{exec}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione \func{signalfd}
- che consentono di impostare i flag del file descriptor.}
- \label{tab:signalfd_flags}
-\end{table}
-
-Si tenga presente che la chiamata a \func{signalfd} non disabilita la gestione
-ordinaria dei segnali indicati da \param{mask}; questa, se si vuole effettuare
-la ricezione tramite il file descriptor, dovrà essere disabilitata
-esplicitamente bloccando gli stessi segnali con \func{sigprocmask}, altrimenti
-verranno comunque eseguite le azioni di default (o un eventuale gestore
-installato in precedenza). Il blocco non ha invece nessun effetto sul file
-descriptor restituito da \func{signalfd}, dal quale sarà possibile pertanto
-ricevere qualunque segnale, anche se questo risultasse bloccato.
-
-Si tenga presente inoltre che la lettura di una struttura
-\struct{signalfd\_siginfo} relativa ad un segnale pendente è equivalente alla
-esecuzione di un gestore, vale a dire che una volta letta il segnale non sarà
-più pendente e non potrà essere ricevuto, qualora si ripristino le normali
-condizioni di gestione, né da un gestore, né dalla funzione \func{sigwaitinfo}.
-
-Come anticipato, essendo questo lo scopo principale della nuova interfaccia,
-il file descriptor può essere tenuto sotto osservazione tramite le funzioni
-dell'\textit{I/O multiplexing} (vale a dire con le solite \func{select},
-\func{poll} e \funcd{epoll\_wait}), e risulterà accessibile in lettura quando
-uno o più dei segnali indicati tramite \param{mask} sarà pendente.
-
-La funzione può essere chiamata più volte dallo stesso processo, consentendo
-così di tenere sotto osservazione segnali diversi tramite file descriptor
-diversi. Inoltre è anche possibile tenere sotto osservazione lo stesso segnale
-con più file descriptor, anche se la pratica è sconsigliata; in tal caso la
-ricezione del segnale potrà essere effettuata con una lettura da uno qualunque
-dei file descriptor a cui è associato, ma questa potrà essere eseguita
-soltanto una volta. Questo significa che tutti i file descriptor su cui è
-presente lo stesso segnale risulteranno pronti in lettura per le funzioni di
-\textit{I/O multiplexing}, ma una volta eseguita la lettura su uno di essi il
-segnale sarà considerato ricevuto ed i relativi dati non saranno più
-disponibili sugli altri file descriptor, che (a meno di una ulteriore
-occorrenza del segnale nel frattempo) di non saranno più pronti.
-
-Quando il file descriptor per la ricezione dei segnali non serve più potrà
-essere chiuso con \func{close} liberando tutte le risorse da esso allocate. In
-tal caso qualora vi fossero segnali pendenti questi resteranno tali, e
-potranno essere ricevuti normalmente una volta che si rimuova il blocco
-imposto con \func{sigprocmask}.
-
-Oltre che con le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} l'uso del file
-descriptor restituito da \func{signalfd} cerca di seguire la semantica di un
-sistema unix-like anche con altre \textit{system call}; in particolare esso
-resta aperto (come ogni altro file descriptor) attraverso una chiamata ad
-\func{exec}, a meno che non lo si sia creato con il flag di
-\const{SFD\_CLOEXEC} o si sia successivamente impostato il
-\textit{close-on-exec} con \func{fcntl}. Questo comportamento corrisponde
-anche alla ordinaria semantica relativa ai segnali bloccati, che restano
-pendenti attraverso una \func{exec}.
-
-Analogamente il file descriptor resta sempre disponibile attraverso una
-\func{fork} per il processo figlio, che ne riceve una copia; in tal caso però
-il figlio potrà leggere dallo stesso soltanto i dati relativi ai segnali
-ricevuti da lui stesso. Nel caso di \textit{thread} viene nuovamente seguita
-la semantica ordinaria dei segnali, che prevede che un singolo \textit{thread}
-possa ricevere dal file descriptor solo le notifiche di segnali inviati
-direttamente a lui o al processo in generale, e non quelli relativi ad altri
-\textit{thread} appartenenti allo stesso processo.
-
-L'interfaccia fornita da \func{signalfd} prevede che la ricezione dei segnali
-sia eseguita leggendo i dati relativi ai segnali pendenti dal file descriptor
-restituito dalla funzione con una normalissima \func{read}. Qualora non vi
-siano segnali pendenti la \func{read} si bloccherà a meno di non aver
-impostato la modalità di I/O non bloccante sul file descriptor, o direttamente
-in fase di creazione con il flag \const{SFD\_NONBLOCK}, o in un momento
-successivo con \func{fcntl}.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{0.90\textwidth}
- \includestruct{listati/signalfd_siginfo.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{signalfd\_siginfo}, restituita in lettura da
- un file descriptor creato con \func{signalfd}.}
- \label{fig:signalfd_siginfo}
-\end{figure}
-
-I dati letti dal file descriptor vengono scritti sul buffer indicato come
-secondo argomento di \func{read} nella forma di una sequenza di una o più
-strutture \struct{signalfd\_siginfo} (la cui definizione si è riportata in
-fig.~\ref{fig:signalfd_siginfo}) a seconda sia della dimensione del buffer che
-del numero di segnali pendenti. Per questo motivo il buffer deve essere almeno
-di dimensione pari a quella di \struct{signalfd\_siginfo}, qualora sia di
-dimensione maggiore potranno essere letti in unica soluzione i dati relativi
-ad eventuali più segnali pendenti, fino al numero massimo di strutture
-\struct{signalfd\_siginfo} che possono rientrare nel buffer.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
- \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
- \file{FifoReporter.c}.}
- \label{fig:fiforeporter_code_init}
-\end{figure}
-
-Il contenuto di \struct{signalfd\_siginfo} ricalca da vicino quella della
-analoga struttura \struct{siginfo\_t} (illustrata in
-fig.~\ref{fig:sig_siginfo_t}) usata dall'interfaccia ordinaria dei segnali, e
-restituisce dati simili. Come per \struct{siginfo\_t} i campi che vengono
-avvalorati dipendono dal tipo di segnale e ricalcano i valori che abbiamo già
-illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigaction}.\footnote{si tenga presente però
- che per un bug i kernel fino al 2.6.25 non avvalorano correttamente i campi
- \var{ssi\_ptr} e \var{ssi\_int} per segnali inviati con \func{sigqueue}.}
-
-Come esempio di questa nuova interfaccia ed anche come esempio di applicazione
-della interfaccia di \itindex{epoll} \textit{epoll}, si è scritto un programma
-elementare che stampi sullo standard output sia quanto viene scritto da terzi
-su una \textit{named fifo}, che l'avvenuta ricezione di alcuni segnali. Il
-codice completo si trova al solito nei sorgenti allegati alla guida (nel file
-\texttt{FifoReporter.c}).
-
-In fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} si è riportata la parte iniziale del
-programma in cui vengono effettuate le varie inizializzazioni necessarie per
-l'uso di \itindex{epoll} \textit{epoll} e \func{signalfd}, a partire
-(\texttt{\small 12-16}) dalla definizione delle varie variabili e strutture
-necessarie. Al solito si è tralasciata la parte dedicata alla decodifica delle
-opzioni che consentono ad esempio di cambiare il nome del file associato alla
-\textit{fifo}.
-
-Il primo passo (\texttt{\small 19-20}) è la creazione di un file descriptor
-\texttt{epfd} di \itindex{epoll} \textit{epoll} con \func{epoll\_create} che è
-quello che useremo per il controllo degli altri. É poi necessario
-disabilitare la ricezione dei segnali (nel caso \signal{SIGINT},
-\signal{SIGQUIT} e \signal{SIGTERM}) per i quali si vuole la notifica tramite
-file descriptor. Per questo prima li si inseriscono (\texttt{\small 22-25})
-in una \index{maschera~dei~segnali} maschera di segnali \texttt{sigmask} che
-useremo con (\texttt{\small 26}) \func{sigprocmask} per disabilitarli. Con la
-stessa maschera si potrà per passare all'uso (\texttt{\small 28-29}) di
-\func{signalfd} per abilitare la notifica sul file descriptor
-\var{sigfd}. Questo poi (\texttt{\small 30-33}) dovrà essere aggiunto con
-\func{epoll\_ctl} all'elenco di file descriptor controllati con \texttt{epfd}.
-
-Occorrerà infine (\texttt{\small 35-38}) creare la \textit{named fifo} se
-questa non esiste ed aprirla per la lettura (\texttt{\small 39-40}); una
-volta fatto questo sarà necessario aggiungere il relativo file descriptor
-(\var{fifofd}) a quelli osservati da \itindex{epoll} \textit{epoll} in maniera
-del tutto analoga a quanto fatto con quello relativo alla notifica dei
-segnali.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
- \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
- \label{fig:fiforeporter_code_body}
-\end{figure}
-
-Una volta completata l'inizializzazione verrà eseguito indefinitamente il
-ciclo principale del programma (\texttt{\small 2-45}) che si è riportato in
-fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_body}, fintanto che questo non riceva un
-segnale di \signal{SIGINT} (ad esempio con la pressione di \texttt{C-c}). Il
-ciclo prevede che si attenda (\texttt{\small 2-3}) la presenza di un file
-descriptor pronto in lettura con \func{epoll\_wait} (si ricordi che entrambi i
-file descriptor \var{fifofd} e \var{sigfd} sono stati posti in osservazioni
-per eventi di tipo \const{EPOLLIN}) che si bloccherà fintanto che non siano
-stati scritti dati sulla \textit{fifo} o che non sia arrivato un
-segnale.\footnote{per semplificare il codice non si è trattato il caso in cui
- \func{epoll\_wait} viene interrotta da un segnale, assumendo che tutti
- quelli che possano interessare siano stati predisposti per la notifica
- tramite file descriptor, per gli altri si otterrà semplicemente l'uscita dal
- programma.}
-
-Anche se in questo caso i file descriptor pronti possono essere al più due, si
-è comunque adottato un approccio generico in cui questi verranno letti
-all'interno di un opportuno ciclo (\texttt{\small 5-44}) sul numero
-restituito da \func{epoll\_wait}, esaminando i risultati presenti nel vettore
-\var{events} all'interno di una catena di condizionali alternativi sul valore
-del file descriptor riconosciuto come pronto, controllando cioè a quale dei
-due file descriptor possibili corrisponde il campo relativo,
-\var{events[i].data.fd}.
-
-Il primo condizionale (\texttt{\small 6-24}) è relativo al caso che si sia
-ricevuto un segnale e che il file descriptor pronto corrisponda
-(\texttt{\small 6}) a \var{sigfd}. Dato che in generale si possono ricevere
-anche notifiche relativi a più di un singolo segnale, si è scelto di leggere
-una struttura \struct{signalfd\_siginfo} alla volta, eseguendo la lettura
-all'interno di un ciclo (\texttt{\small 8-24}) che prosegue fintanto che vi
-siano dati da leggere.
-
-Per questo ad ogni lettura si esamina (\texttt{\small 9-14}) se il valore di
-ritorno della funzione \func{read} è negativo, uscendo dal programma
-(\texttt{\small 11}) in caso di errore reale, o terminando il ciclo
-(\texttt{\small 13}) con un \texttt{break} qualora si ottenga un errore di
-\errcode{EAGAIN} per via dell'esaurimento dei dati. Si ricordi infatti come
-sia la \textit{fifo} che il file descriptor per i segnali siano stati aperti in
-modalità non-bloccante, come previsto per l’\textit{I/O multiplexing},
-pertanto ci si aspetta di ricevere un errore di \errcode{EAGAIN} quando non vi
-saranno più dati da leggere.
-
-In presenza di dati invece il programma proseguirà l'esecuzione stampando
-(\texttt{\small 19-20}) il nome del segnale ottenuto all'interno della
-struttura \struct{signalfd\_siginfo} letta in \var{siginf} ed il \textit{pid}
-del processo da cui lo ha ricevuto;\footnote{per la stampa si è usato il
- vettore \var{sig\_names} a ciascun elemento del quale corrisponde il nome
- del segnale avente il numero corrispondente, la cui definizione si è omessa
- dal codice di fig.~\ref{fig:fiforeporter_code_init} per brevità.} inoltre
-(\texttt{\small 21-24}) si controllerà anche se il segnale ricevuto è
-\signal{SIGINT}, che si è preso come segnale da utilizzare per la terminazione
-del programma, che verrà eseguita dopo aver rimosso il file della \textit{name
- fifo}.
-
-Il secondo condizionale (\texttt{\small 26-39}) è invece relativo al caso in
-cui ci siano dati pronti in lettura sulla \textit{fifo} e che il file
-descriptor pronto corrisponda (\texttt{\small 26}) a \var{fifofd}. Di nuovo si
-effettueranno le letture in un ciclo (\texttt{\small 28-39}) ripetendole fin
-tanto che la funzione \func{read} non restituisce un errore di
-\errcode{EAGAIN} (\texttt{\small 29-35}). Il procedimento è lo stesso adottato
-per il file descriptor associato al segnale, in cui si esce dal programma in
-caso di errore reale, in questo caso però alla fine dei dati prima di uscire
-si stampa anche (\texttt{\small 32}) un messaggio di chiusura.
-
-Se invece vi sono dati validi letti dalla \textit{fifo} si inserirà
-(\texttt{\small 36}) una terminazione di stringa sul buffer e si stamperà il
-tutto (\texttt{\small 37-38}) sullo \textit{standard output}. L'ultimo
-condizionale (\texttt{\small 40-44}) è semplicemente una condizione di cattura
-per una eventualità che comunque non dovrebbe mai verificarsi, e che porta
-alla uscita dal programma con una opportuna segnalazione di errore.
-
-A questo punto si potrà eseguire il comando lanciandolo su un terminale, ed
-osservarne le reazioni agli eventi generati da un altro terminale; lanciando
-il programma otterremo qualcosa del tipo:
-\begin{Console}
-piccardi@hain:~/gapil/sources$ \textbf{./a.out}
-FifoReporter starting, pid 4568
-\end{Console}
-%$
-e scrivendo qualcosa sull'altro terminale con:
-\begin{Console}
-root@hain:~# \textbf{echo prova > /tmp/reporter.fifo}
-\end{Console}
-si otterrà:
-\begin{Console}
-Message from fifo:
-prova
-end message
-\end{Console}
-mentre inviando un segnale:
-\begin{Console}
-root@hain:~# \textbf{kill 4568}
-\end{Console}
-si avrà:
-\begin{Console}
-Signal received:
-Got SIGTERM
-From pid 3361
-\end{Console}
-ed infine premendo \texttt{C-\bslash} sul terminale in cui è in esecuzione si
-vedrà:
-\begin{Console}
-^\\Signal received:
-Got SIGQUIT
-From pid 0
-\end{Console}
-e si potrà far uscire il programma con \texttt{C-c} ottenendo:
-\begin{Console}
-^CSignal received:
-Got SIGINT
-From pid 0
-SIGINT means exit
-\end{Console}
-
-Lo stesso paradigma di notifica tramite file descriptor usato per i segnali è
-stato adottato anche per i timer. In questo caso, rispetto a quanto visto in
-sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}, la scadenza di un timer potrà essere letta da un
-file descriptor senza dover ricorrere ad altri meccanismi di notifica come un
-segnale o un \textit{thread}. Di nuovo questo ha il vantaggio di poter
-utilizzare le funzioni dell'\textit{I/O multiplexing} per attendere allo
-stesso tempo la disponibilità di dati o la ricezione della scadenza di un
-timer. In realtà per questo sarebbe già sufficiente \func{signalfd} per
-ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova interfaccia semplifica
-notevolmente la gestione e consente di fare tutto con una sola \textit{system
- call}.
-
-Le funzioni di questa nuova interfaccia ricalcano da vicino la struttura delle
-analoghe versioni ordinarie introdotte con lo standard POSIX.1-2001, che
-abbiamo già illustrato in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.\footnote{questa
- interfaccia è stata introdotta in forma considerata difettosa con il kernel
- 2.6.22, per cui è stata immediatamente tolta nel successivo 2.6.23 e
- reintrodotta in una forma considerata adeguata nel kernel 2.6.25, il
- supporto nelle \acr{glibc} è stato introdotto a partire dalla versione
- 2.8.6, la versione del kernel 2.6.22, presente solo su questo kernel, non è
- supportata e non deve essere usata.} La prima funzione di sistema prevista,
-quella che consente di creare un timer, è \funcd{timerfd\_create}, il cui
-prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/timerfd.h}
-\fdecl{int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
-
-\fdesc{Crea un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
-}
-
-{La funzione ritorna un numero di file descriptor in caso di successo e $-1$
- per un errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
- \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
- l'argomento \param{flag} non è valido, o è diverso da zero per kernel
- precedenti il 2.6.27.
- \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
- dispositivo per la gestione anonima degli \itindex{inode} \textit{inode}
- associati al file descriptor.
- \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
- descriptor di \func{signalfd}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE} nel loro significato generico.
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione prende come primo argomento un intero che indica il tipo di
-orologio a cui il timer deve fare riferimento, i valori sono gli stessi delle
-funzioni dello standard POSIX-1.2001 già illustrati in
-tab.~\ref{tab:sig_timer_clockid_types}, ma al momento i soli utilizzabili sono
-\const{CLOCK\_REALTIME} e \const{CLOCK\_MONOTONIC}. L'argomento \param{flags},
-come l'analogo di \func{signalfd}, consente di impostare i flag per l'I/O non
-bloccante ed il \textit{close-on-exec} sul file descriptor
-restituito,\footnote{il flag è stato introdotto a partire dal kernel 2.6.27,
- per le versioni precedenti deve essere passato un valore nullo.} e deve
-essere specificato come una maschera binaria delle costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:timerfd_flags}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{TFD\_NONBLOCK}& imposta sul file descriptor il flag di
- \const{O\_NONBLOCK} per renderlo non bloccante.\\
- \const{TFD\_CLOEXEC}& imposta il flag di \const{O\_CLOEXEC} per la
- chiusura automatica del file descriptor nella
- esecuzione di \func{exec}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Valori dell'argomento \param{flags} per la funzione
- \func{timerfd\_create} che consentono di impostare i flag del file
- descriptor.}
- \label{tab:timerfd_flags}
-\end{table}
-
-In caso di successo la funzione restituisce un file descriptor sul quale
-verranno notificate le scadenze dei timer. Come per quelli restituiti da
-\func{signalfd} anche questo file descriptor segue la semantica dei sistemi
-unix-like, in particolare resta aperto attraverso una \func{exec} (a meno che
-non si sia impostato il flag di \textit{close-on exec} con
-\const{TFD\_CLOEXEC}) e viene duplicato attraverso una \func{fork}; questa
-ultima caratteristica comporta però che anche il figlio può utilizzare i dati
-di un timer creato nel padre, a differenza di quanto avviene invece con i
-timer impostati con le funzioni ordinarie. Si ricordi infatti che, come
-illustrato in sez.~\ref{sec:proc_fork}, allarmi, timer e segnali pendenti nel
-padre vengono cancellati per il figlio dopo una \func{fork}.
-
-Una volta creato il timer con \func{timerfd\_create} per poterlo utilizzare
-occorre \textsl{armarlo} impostandone un tempo di scadenza ed una eventuale
-periodicità di ripetizione, per farlo si usa una funzione di sistema omologa
-di \func{timer\_settime} per la nuova interfaccia; questa è
-\funcd{timerfd\_settime} ed il suo prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/timerfd.h}
-\fdecl{int timerfd\_settime(int fd, int flags,
- const struct itimerspec *new\_value,\\
-\phantom{int timerfd\_settime(}struct itimerspec *old\_value)}
-
-\fdesc{Arma un timer associato ad un file descriptor di notifica.}
-}
-
-{La funzione ritorna un numero di file descriptor 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 corrisponde ad un file
- descriptor.
- \item[\errcode{EFAULT}] o \param{new\_value} o \param{old\_value} non sono
- puntatori validi.
- \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
- con \func{timerfd\_create}, o i valori di \param{flag} o dei campi
- \var{tv\_nsec} in \param{new\_value} non sono validi.
- \end{errlist}
-}
-\end{funcproto}
-
-In questo caso occorre indicare su quale timer si intende operare specificando
-come primo argomento il file descriptor ad esso associato, che deve essere
-stato ottenuto da una precedente chiamata a \func{timerfd\_create}. I restanti
-argomenti sono del tutto analoghi a quelli della omologa funzione
-\func{timer\_settime}, e prevedono l'uso di strutture \struct{itimerspec}
-(vedi fig.~\ref{fig:struct_itimerspec}) per le indicazioni di temporizzazione.
-
-I valori ed il significato di questi argomenti sono gli stessi che sono già
-stati illustrati in dettaglio in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv} e non staremo a
-ripetere quanto detto in quell'occasione; per brevità si ricordi che
-con \param{new\_value.it\_value} si indica la prima scadenza del timer e
-con \param{new\_value.it\_interval} la sua periodicità. L'unica differenza
-riguarda l'argomento \param{flags} che serve sempre ad indicare se il tempo di
-scadenza del timer è da considerarsi relativo o assoluto rispetto al valore
-corrente dell'orologio associato al timer, ma che in questo caso ha come
-valori possibili rispettivamente soltanto $0$ e \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}
-(l'analogo di \const{TIMER\_ABSTIME}).
-
-L'ultima funzione di sistema prevista dalla nuova interfaccia è
-\funcd{timerfd\_gettime}, che è l'analoga di \func{timer\_gettime}, il suo
-prototipo è:
-
-\begin{funcproto}{
-\fhead{sys/timerfd.h}
-\fdecl{int timerfd\_gettime(int fd, struct itimerspec *curr\_value)}
-
-\fdesc{Legge l'impostazione di un timer associato ad un file descriptor di
- notifica.}
-}
-
-{La funzione ritorna un numero di file descriptor 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 corrisponde ad un file
- descriptor.
- \item[\errcode{EINVAL}] il file descriptor \param{fd} non è stato ottenuto
- con \func{timerfd\_create}.
- \item[\errcode{EFAULT}] o \param{curr\_value} non è un puntatore valido.
- \end{errlist}
-}
-\end{funcproto}
-
-La funzione consente di rileggere le impostazioni del timer associato al file
-descriptor \param{fd} nella struttura \struct{itimerspec} puntata
-da \param{curr\_value}. Il campo \var{it\_value} riporta il tempo rimanente
-alla prossima scadenza del timer, che viene sempre espresso in forma relativa,
-anche se lo si è armato specificando \const{TFD\_TIMER\_ABSTIME}. Un valore
-nullo (di entrambi i campi di \var{it\_value}) indica invece che il timer non
-è stato ancora armato. Il campo \var{it\_interval} riporta la durata
-dell'intervallo di ripetizione del timer, ed un valore nullo (di entrambi i
-campi) indica che il timer è stato impostato per scadere una sola volta.
-
-Il timer creato con \func{timerfd\_create} notificherà la sua scadenza
-rendendo pronto per la lettura il file descriptor ad esso associato, che
-pertanto potrà essere messo sotto controllo con una qualunque delle varie
-funzioni dell'I/O multiplexing viste in precedenza. Una volta che il file
-descriptor risulta pronto sarà possibile leggere il numero di volte che il
-timer è scaduto con una ordinaria \func{read}.
-
-La funzione legge il valore in un dato di tipo \type{uint64\_t}, e necessita
-pertanto che le si passi un buffer di almeno 8 byte, fallendo con
-\errval{EINVAL} in caso contrario, in sostanza la lettura deve essere
-effettuata con una istruzione del tipo:
-\includecodesnip{listati/readtimerfd.c}
-
-Il valore viene restituito da \func{read} seguendo l'ordinamento dei bit
-(\textit{big-endian} o \textit{little-endian}) nativo della macchina in uso,
-ed indica il numero di volte che il timer è scaduto dall'ultima lettura
-eseguita con successo, o, se lo si legge per la prima volta, da quando lo si è
-impostato con \func{timerfd\_settime}. Se il timer non è scaduto la funzione
-si blocca fino alla prima scadenza, a meno di non aver creato il file
-descriptor in modalità non bloccante con \const{TFD\_NONBLOCK} o aver
-impostato la stessa con \func{fcntl}, nel qual caso fallisce con l'errore di
-\errval{EAGAIN}.
-
-
-% TODO trattare qui eventfd introdotto con il 2.6.22
-
-
-\section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
-\label{sec:file_asyncronous_operation}
-
-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, ma esistono anche altre interfacce, come \itindex{inotify}
-\textit{inotify}), per essere avvisato della possibilità di eseguire le
-operazioni di I/O volute.
-
-
-\subsection{Il \textit{Signal driven I/O}}
-\label{sec:signal_driven_io}
-
-\itindbeg{signal~driven~I/O}
-
-Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:file_open_close} che è definito un flag
-\const{O\_ASYNC}, che consentirebbe di aprire un file in modalità asincrona,
-anche se in realtà è opportuno 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_ioctl}).\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.} In realtà parlare di apertura
-in modalità asincrona non significa che le operazioni di lettura o scrittura
-del file vengono eseguite in modo asincrono (tratteremo questo, che è ciò che
-più propriamente viene chiamato \textsl{I/O asincrono}, in
-sez.~\ref{sec:file_asyncronous_io}), quanto dell'attivazione un meccanismo di
-notifica asincrona delle variazione dello stato del file descriptor aperto in
-questo modo.
-
-Quello che succede è che per tutti i file posti in questa modalità il sistema
-genera un apposito segnale, \signal{SIGIO}, tutte le volte che diventa
-possibile leggere o scrivere dal file descriptor; si tenga presente però che
-essa non è utilizzabile con i file ordinari ma solo con socket, file di
-terminale o pseudo terminale, ed anche, a partire dal kernel 2.6, per
-\textit{fifo} e \textit{pipe}. Inoltre è possibile, come illustrato in
-sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}, selezionare con il comando \const{F\_SETOWN}
-di \func{fcntl} quale processo o quale gruppo di processi dovrà ricevere il
-segnale. In questo modo diventa possibile effettuare le operazioni di I/O in
-risposta alla ricezione del segnale, e non ci sarà più la necessità di restare
-bloccati in attesa della disponibilità di accesso ai file.
-
-% TODO: per i thread l'uso di F_SETOWN ha un significato diverso
-
-Per questo motivo Stevens, ed anche le pagine di manuale di Linux, chiamano
-questa modalità ``\textit{Signal driven I/O}''. Si tratta di un'altra
-modalità di gestione dell'I/O, alternativa all'uso di \itindex{epoll}
-\textit{epoll},\footnote{anche se le prestazioni ottenute con questa tecnica
- sono inferiori, il vantaggio è che questa modalità è utilizzabile anche con
- kernel che non supportano \textit{epoll}, come quelli della serie 2.4,
- ottenendo comunque prestazioni superiori a quelle che si hanno con
- \func{poll} e \func{select}.} che consente di evitare l'uso delle funzioni
-\func{poll} o \func{select} che, come illustrato in sez.~\ref{sec:file_epoll},
-quando vengono usate con un numero molto grande di file descriptor, non hanno
-buone prestazioni.
-
-Tuttavia con l'implementazione classica dei segnali questa modalità di I/O
-presenta notevoli problemi, dato che non è possibile determinare, quando i
-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 \textit{real-time}, che
-vengono accodati e che permettono di riconoscere il file descriptor che li ha
-emessi. In questo caso infatti si può fare ricorso alle informazioni
-aggiuntive restituite attraverso la struttura \struct{siginfo\_t}, utilizzando
-la forma estesa \var{sa\_sigaction} del gestore installata con il flag
-\const{SA\_SIGINFO} (si riveda quanto illustrato in
-sez.~\ref{sec:sig_sigaction}).
-
-Per far questo però occorre utilizzare le funzionalità dei segnali
-\textit{real-time} (vedi sez.~\ref{sec:sig_real_time}) impostando
-esplicitamente con il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} un segnale
-\textit{real-time} da inviare in caso di I/O asincrono (il segnale predefinito
-è \signal{SIGIO}). In questo caso il gestore, tutte le volte che riceverà
-\const{SI\_SIGIO} come valore del campo \var{si\_code} di \struct{siginfo\_t},
-troverà nel campo \var{si\_fd} il valore del file descriptor che ha generato
-il segnale. Si noti che il valore di\var{si\_code} resta \const{SI\_SIGIO}
-qualunque sia il segnale che si è associato all'I/O, in quanto indica che il
-segnale è stato generato a causa di attività di I/O.
-
-Un secondo vantaggio dell'uso dei segnali \textit{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
-\textit{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 \textit{real-time},
-invierà al suo posto un solo \signal{SIGIO}, su cui si saranno accumulati
-tutti i segnali in eccesso, e si dovrà allora determinare con un ciclo quali
-sono i file diventati attivi. L'unico modo per essere sicuri che questo non
-avvenga è di impostare la lunghezza della coda dei segnali \textit{real-time}
-ad una dimensione identica al valore massimo del numero di file descriptor
-utilizzabili, vale a dire impostare il contenuto di
-\sysctlfile{kernel/rtsig-max} allo stesso valore del contenuto di
-\sysctlfile{fs/file-max}.
-
-% TODO fare esempio che usa O_ASYNC
-
-\itindend{signal~driven~I/O}
-
-
-
-\subsection{I meccanismi di notifica asincrona.}
-\label{sec:file_asyncronous_lease}
-
-Una delle domande più frequenti nella programmazione in ambiente unix-like è
-quella di come fare a sapere quando un file viene modificato. La risposta, o
-meglio la non risposta, tanto che questa nelle Unix FAQ \cite{UnixFAQ} viene
-anche chiamata una \textit{Frequently Unanswered Question}, è che
-nell'architettura classica di Unix questo non è possibile. Al contrario di
-altri sistemi operativi infatti un kernel unix-like classico non prevedeva
-alcun meccanismo per cui un processo possa essere \textsl{notificato} di
-eventuali modifiche avvenute su un file.
-
-Questo è il motivo per cui i demoni devono essere \textsl{avvisati} in qualche
-modo se il loro file di configurazione è stato modificato, perché possano
-rileggerlo e riconoscere le modifiche; in genere questo vien fatto inviandogli
-un segnale di \signal{SIGHUP} che, per una convenzione adottata dalla gran
-parte di detti programmi, causa la rilettura della configurazione.
-
-Questa scelta è stata fatta perché provvedere un simile meccanismo a livello
-generico per qualunque file comporterebbe un notevole aumento di complessità
-dell'architettura della gestione dei file, il tutto per fornire una
-funzionalità che serve soltanto in alcuni casi particolari. Dato che
-all'origine di Unix i soli programmi che potevano avere una tale esigenza
-erano i demoni, attenendosi a uno dei criteri base della progettazione, che
-era di far fare al kernel solo le operazioni strettamente necessarie e
-lasciare tutto il resto a processi in user space, non era stata prevista
-nessuna funzionalità di notifica.
-
-Visto però il crescente interesse nei confronti di una funzionalità di questo
-tipo, che è molto richiesta specialmente nello sviluppo dei programmi ad
-interfaccia grafica quando si deve presentare all'utente lo stato del
-filesystem, sono state successivamente introdotte delle estensioni che
-permettessero la creazione di meccanismi di notifica più efficienti dell'unica
-soluzione disponibile con l'interfaccia tradizionale, che è quella del
-\itindex{polling} \textit{polling}.
-
-Queste nuove funzionalità sono delle estensioni specifiche, non
-standardizzate, che sono disponibili soltanto su Linux (anche se altri kernel
-supportano meccanismi simili). Alcune di esse sono realizzate, e solo a
-partire dalla versione 2.4 del kernel, attraverso l'uso di alcuni
-\textsl{comandi} aggiuntivi per la funzione \func{fcntl} (vedi
-sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl}), che divengono disponibili soltanto se si è
-definita la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di includere \headfile{fcntl.h}.
-
-\itindbeg{file~lease}
-
-La prima di queste funzionalità è quella del cosiddetto \textit{file lease};
-questo è un meccanismo che consente ad un processo, detto \textit{lease
- holder}, di essere notificato quando un altro processo, chiamato a sua volta
-\textit{lease breaker}, cerca di eseguire una \func{open} o una
-\func{truncate} sul file del quale l'\textit{holder} detiene il
-\textit{lease}. La notifica avviene in maniera analoga a come illustrato in
-precedenza per l'uso di \const{O\_ASYNC}: di default viene inviato al
-\textit{lease holder} il segnale \signal{SIGIO}, ma questo segnale può essere
-modificato usando il comando \const{F\_SETSIG} di \func{fcntl} (anche in
-questo caso si può rispecificare lo stesso \signal{SIGIO}).
-
-Se si è fatto questo (ed in genere è opportuno farlo, come in precedenza, per
-utilizzare segnali \textit{real-time}) e se inoltre si è installato il gestore
-del segnale con \const{SA\_SIGINFO} si riceverà nel campo \var{si\_fd} della
-struttura \struct{siginfo\_t} il valore del file descriptor del file sul quale
-è stato compiuto l'accesso; in questo modo un processo può mantenere anche più
-di un \textit{file lease}.
-
-Esistono due tipi di \textit{file lease}: di lettura (\textit{read lease}) e
-di scrittura (\textit{write lease}). Nel primo caso la notifica avviene quando
-un altro processo esegue l'apertura del file in scrittura o usa
-\func{truncate} per troncarlo. Nel secondo caso la notifica avviene anche se
-il file viene aperto in lettura; in quest'ultimo caso però il \textit{lease}
-può essere ottenuto solo se nessun altro processo ha aperto lo stesso file.
-
-Come accennato in sez.~\ref{sec:file_fcntl_ioctl} il comando di \func{fcntl}
-che consente di acquisire un \textit{file lease} è \const{F\_SETLEASE}, che
-viene utilizzato anche per rilasciarlo. In tal caso il file
-descriptor \param{fd} passato a \func{fcntl} servirà come riferimento per il
-file su cui si vuole operare, mentre per indicare il tipo di operazione
-(acquisizione o rilascio) occorrerà specificare come valore
-dell'argomento \param{arg} di \func{fcntl} uno dei tre valori di
-tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}.
-
-\begin{table}[htb]
- \centering
- \footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
- \hline
- \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
- \hline
- \hline
- \const{F\_RDLCK} & Richiede un \textit{read lease}.\\
- \const{F\_WRLCK} & Richiede un \textit{write lease}.\\
- \const{F\_UNLCK} & Rilascia un \textit{file lease}.\\
- \hline
- \end{tabular}
- \caption{Costanti per i tre possibili valori dell'argomento \param{arg} di
- \func{fcntl} quando usata con i comandi \const{F\_SETLEASE} e
- \const{F\_GETLEASE}.}
- \label{tab:file_lease_fctnl}
-\end{table}
-
-Se invece si vuole conoscere lo stato di eventuali \textit{file lease}
-occorrerà chiamare \func{fcntl} sul relativo file descriptor \param{fd} con il
-comando \const{F\_GETLEASE}, e si otterrà indietro nell'argomento \param{arg}
-uno dei valori di tab.~\ref{tab:file_lease_fctnl}, che indicheranno la
-presenza del rispettivo tipo di \textit{lease}, o, nel caso di
-\const{F\_UNLCK}, l'assenza di qualunque \textit{file lease}.
-
-Si tenga presente che un processo può mantenere solo un tipo di \textit{lease}
-su un file, e che un \textit{lease} può essere ottenuto solo su file di dati
-(\textit{pipe} e dispositivi sono quindi esclusi). Inoltre un processo non
-privilegiato può ottenere un \textit{lease} soltanto per un file appartenente
-ad un \ids{UID} corrispondente a quello del processo. Soltanto un processo con
-privilegi di amministratore (cioè con la \itindex{capabilities} capability
-\const{CAP\_LEASE}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) può acquisire
-\textit{lease} su qualunque file.
+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
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
-\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
-user space, ed è accessibile linkando i programmi con la libreria
+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.
\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}
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
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
-\index{memoria~virtuale} 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}.
+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
prototipo è:
\begin{funcproto}{
-\fhead{unistd.h}
+%\fhead{unistd.h}
\fhead{sys/mman.h}
\fdecl{void * mmap(void * start, size\_t length, int prot, int flags, int
fd, off\_t offset)}
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 \itindex{page~table} \textit{page table} la mappatura sulle
- pagine di memoria reale, ed le modalità di accesso (lettura, esecuzione,
- scrittura); una loro violazione causa quella una \itindex{segment~violation}
- \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.
-
-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]
+ 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{11cm}|}
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 2.4.20).\\
+ 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.\\
+ 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} \itindex{Denial~of~Service~(DoS)}
+ \textit{DoS}
(veniva usato per segnalare che tentativi di
scrittura sul file dovevano fallire con
\errcode{ETXTBSY}).\\
\func{mmap} fallisce. Se si imposta questo flag il
valore di \param{start} deve essere allineato
alle dimensioni di una pagina.\\
- \const{MAP\_GROWSDOWN} & Usato per gli \itindex{stack} \textit{stack}.
+ \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 2.6.32).\\
+ ``\textit{huge pages}'' (dal kernel 2.6.32).\\
\const{MAP\_LOCKED} & Se impostato impedisce lo \textit{swapping} delle
- pagine mappate (dal 2.5.37).\\
+ pagine mappate (dal kernel 2.5.37).\\
\const{MAP\_NONBLOCK} & Esegue un \textit{prefaulting} più limitato che
- non causa I/O (dal 2.5.46).\\
+ 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} \itindex{copy~on~write}
+ 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} e
- salvate su \textit{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\_POPULATE} & Esegue il \itindex{prefaulting}
- \textit{prefaulting} delle pagine di memoria
- necessarie alla mappatura (dal 2.5.46).\\
+ 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.\footnotemark Il file su disco però non sarà
- aggiornato fino alla chiamata di \func{msync} o
- \func{munmap}), e solo allora le modifiche saranno
- visibili per l'I/O convenzionale. Incompatibile
+ file. Incompatibile
con \const{MAP\_PRIVATE}.\\
- \const{MAP\_STACK} & da trattare (dal 2.6.27).\\
- \const{MAP\_UNINITIALIZED}& da trattare (dal 2.6.33).\\
+ \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.\\
\label{tab:file_mmap_flag}
\end{table}
-\footnotetext{l'uso di questo flag con \const{MAP\_SHARED} è stato
- implementato in Linux a partire dai kernel della serie 2.4.x; esso consente
- di creare segmenti di memoria condivisa e torneremo sul suo utilizzo in
- sez.~\ref{sec:ipc_mmap_anonymous}.}
-
% 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 meccanismo della \index{memoria~virtuale}
-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.
+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
-\index{paginazione} 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.
+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]
\centering
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
+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
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 dei file di 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
+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 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
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}
+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{EFAULT}] l'intervallo specificato non ricade in una zona
- precedentemente mappata.
- \end{errlist}
- }
-\end{functions}
+ \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
+di \func{msync} le funzioni dell'interfaccia ordinaria troveranno un contenuto
del file aggiornato.
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 sì che vengano invalidate, per tutte le mappature dello stesso file,
+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{functions}
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
- \funcdecl{int munmap(void *start, size\_t length)}
-
- Rilascia la mappatura sulla sezione di memoria specificata.
+\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.}
+}
- \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}
+{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{functions}
+ \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
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 è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
-\begin{functions}
-% \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
+virtuale. Questa funzione di sistema è \funcd{mprotect} ed il suo prototipo è:
- \funcdecl{int mprotect(const void *addr, size\_t len, int prot)}
-
- Modifica le protezioni delle pagine di memoria comprese nell'intervallo
- specificato.
+\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.}
+}
- \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}
+{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.
-% \item[\errcode{EFAULT}] si è specificato un indirizzo di memoria non
-% accessibile.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errval{ENOMEM} ed \errval{EFAULT}.
- }
-\end{functions}
-
+ \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
dall'intervallo fra \param{addr} e \param{addr}+\param{size}-1.
Infine Linux supporta alcune operazioni specifiche non disponibili su altri
-kernel unix-like. 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 \funcd{mremap}, il cui prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
-
- \funcdecl{void * mremap(void *old\_address, size\_t old\_size , size\_t
+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)}
-
- Restringe o allarga una mappatura in memoria di un file.
+\fdesc{Restringe o allarga una mappatura in memoria.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce l'indirizzo alla nuova area di memoria in
- caso di successo od il valore \const{MAP\_FAILED} (pari a \texttt{(void *)
- -1}) in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
- valori:
- \begin{errlist}
+{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
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{functions}
+ \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
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}\footnote{per poter
- utilizzare questa costante occorre aver definito \macro{\_GNU\_SOURCE} prima
- di includere \headfile{sys/mman.h}.} 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 \index{memoria~virtuale} memoria
-virtuale per modificare l'associazione fra gli indirizzi virtuali del processo
-e le pagine di memoria, modificando i dati direttamente nella
-\itindex{page~table} \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.
+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\footnote{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.
+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,\footnote{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
-\itindex{page~table} \textit{page table} del processo una nuova area di
-memoria virtuale\footnote{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\footnote{si può
- arrivare anche a centinaia di migliaia.} per realizzare a mano una mappatura
-non-lineare si avrà un accrescimento eccessivo della sua \itindex{page~table}
-\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\footnote{sia in termini di memoria interna per i dati
- delle \itindex{page~table} \textit{page table}, che di CPU per il loro
- aggiornamento.} solo per mantenere i dati di una gran quantità di
-\textit{memory mapping}.
+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\footnote{e quindi una sola \textit{virtual memory area} nella
- \itindex{page~table} \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{functions}
- \headdecl{sys/mman.h}
-
- \funcdecl{int remap\_file\_pages(void *start, size\_t size, int prot,
+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)}
-
- Permette di rimappare non linearmente un precedente \textit{memory mapping}.
+\fdesc{Rimappa non linearmente un \textit{memory mapping}.}
+}
- \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}
+{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}
- }
-\end{functions}
+ \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 di
+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
\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 \itindex{page~fault} \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}.
+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
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 dette modalità, così che possano essere adottate
-le opportune strategie di ottimizzazione. Il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/mman.h}
+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:
- \funcdecl{int madvise(void *start, size\_t length, int advice)}
-
- Fornisce indicazioni sull'uso previsto di un \textit{memory mapping}.
+\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.}
+}
- \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}
+{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.
+ \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}.
- }
-\end{functions}
+ \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.\footnote{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\footnote{si tenga presente che
- gli ultimi tre valori sono specifici di Linux (introdotti a partire dal
- kernel 2.6.16) e non previsti dallo standard POSIX.1b.} riportati in
-tab.~\ref{tab:madvise_advice_values}.
-
-\begin{table}[htb]
+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|p{10 cm}|}
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\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
- \itindex{read-ahead} \textit{read-ahead} (vedi
+ \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,
\const{MADV\_WILLNEED}& ci si aspetta un accesso nell'immediato futuro,
pertanto l'applicazione del \textit{read-ahead}
deve essere incentivata.\\
- \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.\\
\hline
- \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}.\footnotemark\\
+ \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 \itindex{copy~on~write}
- \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.\\
+ 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}.\\
- \const{MADV\_MERGEABLE}& marca la pagina come accorpabile (indicazione
+ \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\\
- \hline
+ 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{Valori dell'argomento \param{advice} di \func{madvise}.}
\label{tab:madvise_advice_values}
\end{table}
-\footnotetext{se usato su altri tipi di filesystem causa un errore di
- \errcode{ENOSYS}.}
-
\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
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}}.}
-
-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 \itindex{read-ahead}
-\textit{read-ahead} e del caching dei dati. 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.\footnote{questo
- comportamento differisce da quanto specificato nello standard.}
+ \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.}
+}
+
+{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|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \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{advice} di \func{posix\_madvise}.}
+ \label{tab:posix_madvise_advice_values}
+\end{table}
+
+
+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.
-\itindend{memory~mapping}
\subsection{I/O vettorizzato: \func{readv} e \func{writev}}
\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 a \func{read} e \func{write}, ci sono casi in cui si vuole poter
-contare sulla atomicità delle operazioni.
+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 o scritture su una serie di buffer, con quello che viene
-normalmente chiamato \textsl{I/O vettorizzato}. Queste funzioni sono
+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{functions}
- \headdecl{sys/uio.h}
-
- \funcdecl{int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
- \funcdecl{int writev(int fd, const struct iovec *vector, int count)}
- Eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura vettorizzata.
-
- \bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte letti o scritti in
- caso di successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
- assumerà uno dei valori:
+
+\begin{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
+ \item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore non valido per uno degli
argomenti (ad esempio \param{count} è maggiore di \const{IOV\_MAX}).
- \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 anche \errval{EISDIR}, \errval{EBADF}, \errval{ENOMEM}, \errval{EFAULT}
- (se non sono stati allocati correttamente i buffer specificati nei campi
- \var{iov\_base}), più gli eventuali errori delle funzioni di lettura e
- scrittura eseguite su \param{fd}.}
-\end{functions}
+ 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
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{functions}
- \headdecl{sys/uio.h}
-
- \funcdecl{int preadv(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/uio.h}
+\fdecl{int preadv(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
offset)}
- \funcdecl{int pwritev(int fd, const struct iovec *vector, int count, off\_t
+\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.}
+}
- Eseguono una lettura o una scrittura vettorizzata a partire da una data
- posizione sul file.
-
- \bodydesc{Le funzioni hanno gli stessi valori di ritorno delle
- corrispondenti \func{readv} e \func{writev}; anche gli eventuali errori
- sono gli stessi già visti in precedenza, ma ad essi si possono aggiungere
- per \var{errno} anche i valori:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{EOVERFLOW}] \param{offset} ha un valore che non può essere
- usato come \type{off\_t}.
- \item[\errcode{ESPIPE}] \param{fd} è associato ad un socket o una
- \textit{pipe}.
- \end{errlist}
+{ 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{functions}
+\end{funcproto}
Le due funzioni eseguono rispettivamente una lettura o una scrittura
vettorizzata a partire dalla posizione \param{offset} sul file indicato
Benché il kernel ottimizzi la gestione di questo processo quando si ha a che
fare con file normali, in generale quando i dati da trasferire sono molti si
pone il problema di effettuare trasferimenti di grandi quantità di dati da
-kernel space a user space e all'indietro, quando in realtà potrebbe essere più
-efficiente mantenere tutto in kernel space. Tratteremo in questa sezione
-alcune funzioni specialistiche che permettono di ottimizzare le prestazioni in
-questo tipo di situazioni.
+\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
+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,\footnote{la si
- ritrova ad esempio in FreeBSD, HPUX ed altri Unix.} ma non è presente né in
-POSIX.1-2001 né in altri standard,\footnote{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{functions}
- \headdecl{sys/sendfile.h}
-
- \funcdecl{ssize\_t sendfile(int out\_fd, int in\_fd, off\_t *offset, size\_t
- count)}
-
- Copia dei dati da un file descriptor ad un altro.
+ 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.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
- successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
- dei valori:
- \begin{errlist}
+{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
\item[\errcode{EIO}] si è avuto un errore di lettura da \param{in\_fd}.
\item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per la lettura da
\param{in\_fd}.
- \end{errlist}
- ed inoltre \errcode{EBADF} e \errcode{EFAULT}.
- }
-\end{functions}
+ \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
+\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} o $-1$ in caso di errore; come le ordinarie \func{read} e
-\func{write} questo valore può essere inferiore a quanto richiesto con
-\param{count}.
+\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
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 è utilizzabile su un qualunque file
-descriptor, e permette di sostituire la invocazione successiva di una
+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 può diminuire il numero di
-chiamate al sistema e risparmiare in trasferimenti di dati da kernel space a
-user space e viceversa. La massima utilità della funzione si ha 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,\footnote{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.}
+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 è accorti che, fatta eccezione per il trasferimento
+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},\footnote{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
- user space che ha una conoscenza diretta su come questi sono strutturati.} e
-che anzi in certi casi si potevano avere anche dei peggioramenti. Questo ha
+\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} darà luogo ad un errore di \errcode{EINVAL}.
+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
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.
-
-Questo dubbio si può comunque ritenere superato con l'introduzione, avvenuta a
-partire dal kernel 2.6.17, della 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}.\footnote{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'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.\footnote{e nel caso di Linux questi sono anche solo quelli
- in cui essa può essere effettivamente utilizzata.}
+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
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 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 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 user space l'oggetto ``\textsl{buffer in
- kernel space}''.
+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 \funcd{splice}
-fornisce quindi una interfaccia generica che consente di trasferire dati da un
-buffer ad un file o viceversa; il suo prototipo, accessibile solo dopo aver
-definito la macro \macro{\_GNU\_SOURCE},\footnote{si ricordi che questa
+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{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
- \funcdecl{long splice(int fd\_in, off\_t *off\_in, int fd\_out, off\_t
- *off\_out, size\_t len, unsigned int flags)}
-
- Trasferisce dati da un file verso una \textit{pipe} o viceversa.
+\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.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
- successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
- dei valori:
- \begin{errlist}
+{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.
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{functions}
+ \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.\footnote{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 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.
+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
\hline
\const{SPLICE\_F\_MOVE} & Suggerisce al kernel di spostare le pagine
di memoria contenenti i dati invece di
- copiarle;\footnotemark viene usato soltanto
- da \func{splice}.\\
+ 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
ulteriori dati in una \func{splice}
successiva, questo è un suggerimento utile
che viene usato quando \param{fd\_out} è un
- socket.\footnotemark Attualmente viene usato
- solo da \func{splice}, potrà essere
+ 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;\footnotemark
- se impostato una seguente \func{splice} che
+ ``\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
\label{tab:splice_flag}
\end{table}
-\footnotetext[120]{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.}
-
-\footnotetext[121]{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}.}
-
-\footnotetext{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.}
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 user space. 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 e le funzioni di ausilio è riportato in
-fig.~\ref{fig:splice_example}.
-
-Lo scopo del programma è quello di eseguire la copia dei con \func{splice},
-questo significa che si dovrà usare la funzione due volte, prima per leggere i
-dati e poi per scriverli, appoggiandosi ad un buffer in kernel space (vale a
-dire ad una \textit{pipe}); lo schema del flusso dei dati è illustrato in
-fig.~\ref{fig:splicecp_data_flux}.
+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[height=6cm]{img/splice_copy}
+ \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}
-Una volta trattate le opzioni il programma verifica che restino
-(\texttt{\small 13-16}) i due argomenti che indicano il file sorgente ed il
-file destinazione. Il passo successivo è aprire il file sorgente
-(\texttt{\small 18-22}), quello di destinazione (\texttt{\small 23-27}) ed
-infine (\texttt{\small 28-31}) la \textit{pipe} che verrà usata come buffer.
+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}[!htbp]
+\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
\includecodesample{listati/splicecp.c}
\label{fig:splice_example}
\end{figure}
-Il ciclo principale (\texttt{\small 33-58}) inizia con la lettura dal file
-sorgente tramite la prima \func{splice} (\texttt{\small 34-35}), in questo
+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
+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).
+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 36}) questo significa che si è giunti
+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 37-44}) c'è stato un
-errore ed allora si ripete la lettura (\texttt{\small 36}) se questo è dovuto
+ 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 41-43}).
+(\texttt{\small 21-23}).
Una volta completata con successo la lettura si avvia il ciclo di scrittura
-(\texttt{\small 45-57}); questo inizia (\texttt{\small 46-47}) con la
+(\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
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 48-55}). Infine si chiude il ciclo di scrittura sottraendo
-(\texttt{\small 57}) il numero di byte scritti a quelli di cui è richiesta la
+(\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
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 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 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.
+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 kernel space; benché queste non
-attengono strettamente ad operazioni di trasferimento dati fra file
+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{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
- \headdecl{sys/uio.h}
- \funcdecl{long vmsplice(int fd, const struct iovec *iov, unsigned long
- nr\_segs, unsigned int flags)}
-
- Trasferisce dati dalla memoria di un processo verso una \textit{pipe}.
+\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}.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte trasferiti in caso di
- successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
- dei valori:
- \begin{errlist}
+{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{functions}
+ \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
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 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 kernel space, la funzione consente di eseguire una copia del
-contenuto del buffer stesso. Il prototipo di \funcd{tee} è il seguente:
-\begin{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
-
- \funcdecl{long tee(int fd\_in, int fd\_out, size\_t len, unsigned int
+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)}
-
- Duplica \param{len} byte da una \textit{pipe} ad un'altra.
+\fdesc{Duplica i dati da una \textit{pipe} ad un'altra.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte copiati in caso di
- successo e $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
- dei valori:
- \begin{errlist}
+{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{functions}
+ \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}
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.\footnote{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
+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 standard input sullo standard output e su un file specificato come
-argomento, il codice completo si trova nel file \texttt{tee.c} dei sorgenti
-allegati alla guida.
+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}[!htbp]
+\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
\includecodesample{listati/tee.c}
\label{fig:tee_example}
\end{figure}
-La prima parte del programma (\texttt{\small 10-35}) si cura semplicemente di
-controllare (\texttt{\small 11-14}) che sia stato fornito almeno un argomento
-(il nome del file su cui scrivere), di aprirlo ({\small 15-19}) e che sia lo
-standard input (\texttt{\small 20-27}) che lo standard output (\texttt{\small
- 28-35}) corrispondano ad una \textit{pipe}.
+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 37-58}) inizia con la chiamata a
+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 39}), questa parte è del tutto analoga ad una lettura ed
+(\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 40}), se
+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 42-44}) o si stampa un messaggio
-di errore e si esce negli altri casi (\texttt{\small 44-47}).
-
-Una volta completata la copia dei dati sullo standard output si possono
-estrarre dalla standard input e scrivere sul file, di nuovo su usa un ciclo di
-scrittura (\texttt{\small 50-58}) in cui si ripete una chiamata a
-\func{splice} (\texttt{\small 51}) 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
+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}:
\itindbeg{read-ahead}
Una prima funzione che può essere utilizzata per modificare la gestione
-ordinaria dell'I/O su un file è \funcd{readahead},\footnote{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{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
-
- \funcdecl{ssize\_t readahead(int fd, off64\_t *offset, size\_t count)}
-
- Esegue una lettura preventiva del contenuto di un file in cache.
+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.}
+}
- \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}
+{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{functions}
+ \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
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
+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
\itindend{read-ahead}
Il concetto di \func{readahead} viene generalizzato nello standard
-POSIX.1-2001 dalla funzione \func{posix\_fadvise},\footnote{anche se
- l'argomento \param{len} è stato modificato da \type{size\_t} a \type{off\_t}
- nella revisione POSIX.1-2003 TC5.} che consente di ``\textsl{avvisare}'' il
+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,\footnote{la funzione però è stata introdotta su Linux
- solo a partire dal kernel 2.5.60.} così che esso possa provvedere le
-opportune ottimizzazioni; il prototipo di \funcd{posix\_fadvise}, che è
-disponibile soltanto se è stata definita la macro \macro{\_XOPEN\_SOURCE} ad
-valore di almeno 600, è:
-\begin{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
-
- \funcdecl{int posix\_fadvise(int fd, off\_t offset, off\_t len, int advice)}
-
- Dichiara al kernel le future modalità di accesso ad un file.
+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.}
+}
- \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}
+{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{functions}
+ \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.\footnote{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
+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
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.\footnote{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.}
+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},\footnote{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{functions}
- \headdecl{fcntl.h}
-
- \funcdecl{int posix\_fallocate(int fd, off\_t offset, off\_t len)}
-
- Richiede la allocazione di spazio disco per un file.
+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.}
+}
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e direttamente un
- codice di errore, in caso di fallimento, in questo caso \var{errno} non
- viene impostata, ma sarà restituito direttamente uno dei valori:
- \begin{errlist}
+{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
l'operazione.
\item[\errcode{ESPIPE}] l'argomento \param{fd} è una \textit{pipe}.
\end{errlist}
- }
-\end{functions}
+}
+\end{funcproto}
La funzione assicura che venga allocato sufficiente spazio disco perché sia
possibile scrivere sul file indicato dall'argomento \param{fd} nella regione
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\footnote{usando \funcd{pwrite}
- per evitare spostamenti della posizione corrente sul file.} di una serie di
-zeri per l'estensione di spazio necessaria qualora il \itindex{sparse~file}
-file debba essere esteso o abbia dei \index{file!\textit{hole}}
-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
- \itindex{sparse~file} \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.
+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.\footnote{nelle
- \acr{glibc} la nuova \textit{system call} viene sfruttata per la
- realizzazione di \func{posix\_fallocate} a partire dalla versione 2.10.}
+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
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{functions}
- \headdecl{linux/fcntl.h}
- \funcdecl{int fallocate(int fd, int mode, off\_t offset, off\_t len)}
+\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.}
+}
- Prealloca dello spazio disco per un file.
-
- \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di errore,
- nel qual caso \var{errno} può assumere i valori:
- \begin{errlist}
+{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
minore o uguale a zero.
\item[\errcode{ENODEV}] \param{fd} non fa riferimento ad un file ordinario
o a una directory.
- \item[\errcode{ENOSPC}] non c'è spazio disco sufficiente per l'operazione.
+ \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}.
-}
-\end{functions}
+ \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; al momento quest'ultimo può soltanto essere nullo o
-assumere il valore \const{FALLOC\_FL\_KEEP\_SIZE} che richiede che la
-dimensione del file\footnote{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.
-
-Se \param{mode} è nullo invece la dimensione totale del file in caso di
-estensione dello stesso viene aggiornata, come richiesto per
-\func{posix\_fallocate}, ed invocata in questo modo si può considerare
-\func{fallocate} come l'implementazione ottimale di \func{posix\_fallocate} a
-livello di kernel.
+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
% 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: 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:
-% LocalWords: sigfd fifofd break siginf names starting echo Message from Got
-% LocalWords: message kill received means exit
+
projects / gapil.git / blobdiff