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\chapter{La gestione avanzata dei file}
\label{cha:file_advanced}
-
In questo capitolo affronteremo le tematiche relative alla gestione avanzata
dei file. Inizieremo con la trattazione delle problematiche del \textit{file
locking} e poi prenderemo in esame le varie funzionalità avanzate che
In Linux sono disponibili due interfacce per utilizzare l'\textit{advisory
locking}, la prima è quella derivata da BSD, che è basata sulla funzione
-\func{flock}, la seconda è quella standardizzata da POSIX.1 (derivata da
-System V), che è basata sulla funzione \func{fcntl}. I \textit{file lock}
-sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due
-interfacce,\footnote{in realtà con Linux questo avviene solo dalla serie 2.0
- dei kernel.} che pertanto possono coesistere senza interferenze.
+\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,\footnote{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
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 sleep. Una volta finite
-le operazioni sul file si deve provvedere a rimuovere il blocco. La situazione
-delle varie possibilità è riassunta in tab.~\ref{tab:file_file_lock}, dove si
-sono riportati, per le varie tipologie di blocco presenti su un file, il
-risultato che si ha in corrispondenza alle due tipologie di \textit{file lock}
-menzionate, nel successo della richiesta.
+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
\hline
\textbf{Richiesta} & \multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Stato del file}}\\
\cline{2-4}
- &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
+ &Nessun \textit{lock}&\textit{Read lock}&\textit{Write lock}\\
\hline
\hline
\textit{Read lock} & SI & SI & NO \\
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 un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
-\textit{file lock} sono mantenute a livello di inode\index{inode},\footnote{in
- particolare, come accennato in fig.~\ref{fig:file_flock_struct}, i
- \textit{file lock} sono mantenuti in una \itindex{linked~list}
- \textit{linked list} di strutture \struct{file\_lock}. La lista è
- referenziata dall'indirizzo di partenza mantenuto dal campo \var{i\_flock}
- della struttura \struct{inode} (per le definizioni esatte si faccia
- riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti del kernel). Un bit del campo
- \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di un lock in semantica BSD
- (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).} dato che questo è l'unico
-riferimento in comune che possono avere due processi diversi che aprono lo
-stesso file.
+agisce sempre su di un file; perciò le informazioni relative agli eventuali
+\textit{file lock} sono mantenute dal kernel a livello di
+inode\index{inode},\footnote{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
+ \struct{file\_lock}. La lista è referenziata dall'indirizzo di partenza
+ mantenuto dal campo \var{i\_flock} della struttura \struct{inode} (per le
+ definizioni esatte si faccia riferimento al file \file{fs.h} nei sorgenti
+ del kernel). Un bit del campo \var{fl\_flags} di specifica se si tratta di
+ un lock in semantica BSD (\const{FL\_FLOCK}) o POSIX (\const{FL\_POSIX}).}
+dato che questo è l'unico riferimento in comune che possono avere due processi
+diversi che aprono lo stesso file.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=15cm]{img/file_flock}
+ \includegraphics[width=15.5cm]{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}
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}, 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 su processi diversi.
+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
\textit{edge triggered} nel caso del precedente esempio il file descriptor
diventato pronto da cui si sono letti solo 1000 byte non verrà nuovamente
notificato come pronto, nonostante siano ancora disponibili in lettura 1000
-byte. Solo una volta che si saranno esauriti tutti i byte disponibili, e che
+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.
dispositivo, \texttt{/dev/epoll}, per ottenere un file descriptor da
utilizzare con le funzioni dell'interfaccia,\footnote{il backporting
dell'interfaccia per il kernel 2.4, non ufficiale, utilizza sempre questo
- file.} ma poi si è passati all'uso una apposita \textit{system call}. Il
-primo passo per usare l'interfaccia di \textit{epoll} è pertanto quello di
-chiamare la funzione \funcd{epoll\_create}, il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{sys/epoll.h}
- {int epoll\_create(int size)}
+ file.} 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 funzioni
+\funcd{epoll\_create} e \funcd{epoll\_create1},\footnote{l'interfaccia di
+ \textit{epoll} è stata inserita nel kernel a partire dalla versione 2.5.44,
+ ed il supporto è stato aggiunto alle \acr{glibc} 2.3.2.} i cui prototipi
+sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/epoll.h}
+
+ \funcdecl{int epoll\_create(int size)}
+ \funcdecl{int epoll\_create1(int flags)}
Apre un file descriptor per \textit{epoll}.
- \bodydesc{La funzione restituisce un file descriptor in caso di successo, o
- $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \bodydesc{Le funzioni restituiscono un file descriptor per \textit{epoll} in
+ caso di successo, o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
\item[\errcode{EINVAL}] si è specificato un valore di \param{size} non
- positivo.
+ positivo o non valido per \param{flags}.
\item[\errcode{ENFILE}] si è raggiunto il massimo di file descriptor aperti
nel sistema.
+ \item[\errcode{EMFILE}] si è raggiunto il limite sul numero massimo di
+ istanze di \textit{epoll} per utente stabilito da
+ \procfile{/proc/sys/fs/epoll/max\_user\_instances}.
\item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel per creare
l'istanza.
\end{errlist}
}
-\end{prototype}
+\end{functions}
-La funzione restituisce un file descriptor speciale,\footnote{esso non è
- associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali file
- descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un socket
- locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche \textit{epoll
- descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata dal kernel
-per gestire la notifica degli eventi; l'argomento \param{size} serve a dare
-l'indicazione del numero di file descriptor che si vorranno tenere sotto
-controllo, ma costituisce solo un suggerimento per semplificare l'allocazione
-di risorse sufficienti, non un valore massimo.
+Entrambe le funzioni restituiscono un file descriptor speciale,\footnote{esso
+ non è associato a nessun file su disco, inoltre a differenza dei normali
+ file descriptor non può essere inviato ad un altro processo attraverso un
+ socket locale (vedi sez.~\ref{sec:sock_fd_passing}).} detto anche
+\textit{epoll descriptor}, che viene associato alla infrastruttura utilizzata
+dal kernel per gestire la notifica degli eventi. 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.\footnote{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\footnote{è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.27.} come
+estensione della precedente, 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 veda il significato di
+\const{O\_CLOEXEC} in tab.~\ref{tab:file_open_flags}), 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
\item[\errcode{ENOMEM}] non c'è sufficiente memoria nel kernel gestire
l'operazione richiesta.
\item[\errcode{EPERM}] il file \param{fd} non supporta \textit{epoll}.
+ \item[\errcode{ENOSPC}] si è raggiunto il limite massimo di registrazioni
+ per utente di file descriptor da osservare imposto da
+ \procfile{/proc/sys/fs/epoll/max\_user\_watches}.
\end{errlist}
}
\end{prototype}
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 \texttt{NULL}.}
+ che questo fosse un puntatore valido, anche se poi veniva ignorato; a
+ partire dal 2.6.9 si può specificare anche un valore \texttt{NULL} ma se si
+ vuole mantenere la compatibilità con le versioni precedenti occorre usare un
+ puntatore valido.}
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
Il primo campo, \var{events}, è una maschera binaria in cui ciascun bit
corrisponde o ad un tipo di evento, o una modalità di notifica; detto campo
deve essere specificato come OR aritmetico delle costanti riportate in
-tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, serve ad indicare a
-quale file descriptor si intende fare riferimento, ed in astratto può
-contenere un valore qualsiasi che permetta di identificarlo, di norma comunque
-si usa come valore lo stesso \param{fd}.
+tab.~\ref{tab:epoll_events}. Il secondo campo, \var{data}, è una \ctyp{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.
\begin{table}[htb]
\centering
\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}).\\
+ 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
(analogo di \const{POLLERR}); questa condizione
viene comunque riportata in uscita, e non è
necessaria impostarla in ingresso.\\
- \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up.\\
+ \const{EPOLLHUP} & Si è verificata una condizione di hung-up; questa
+ condizione viene comunque riportata in uscita, e non
+ è necessaria impostarla in ingresso.\\
\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
\label{tab:epoll_events}
\end{table}
-\footnotetext{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel 2.6.2.}
+\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
+ quando si lavora in modalità \textit{edge triggered}.}
+
+\footnotetext[48]{questa modalità è disponibile solo a partire dal kernel
+ 2.6.2.}
Le modalità di utilizzo di \textit{epoll} prevedono che si definisca qual'è
l'insieme dei file descriptor da tenere sotto controllo tramite un certo
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
+dell'osservazione con \const{EPOLL\_CTL\_MOD}, questi verrebbero riletti alla
luce delle modifiche.
Si tenga presente infine che con l'uso della modalità \textit{edge triggered}
-il ritorno di \func{epoll\_wait} indica un file descriptor è pronto e resterà
-tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su di esso.
-Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un errore di
-\errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una \func{write},\footnote{è
- opportuno ricordare ancora una volta che l'uso dell'\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 con il fatto che sono stati restituiti meno dati di quelli richiesti.
+il ritorno di \func{epoll\_wait} indica che un file descriptor è pronto e
+resterà tale fintanto che non si sono completamente esaurite le operazioni su
+di esso. Questa condizione viene generalmente rilevata dall'occorrere di un
+errore di \errcode{EAGAIN} al ritorno di una \func{read} o una
+\func{write},\footnote{è opportuno ricordare ancora una volta che l'uso
+ dell'\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.
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, per far questo di nuovo è necessaria una variante della
-funzione di attesa che consenta di reimpostare all'uscita una maschera di
-segnali, analoga alle precedenti estensioni \func{pselect} e \func{ppoll}; in
-questo caso la funzione si chiama \funcd{epoll\_pwait}\footnote{introdotta a
- partire dal kernel 2.6.19.} ed il suo prototipo è:
+contemporaneamente per le osservazioni fatte in sez.~\ref{sec:file_select},
+per fare questo di nuovo è necessaria una variante della funzione di attesa
+che consenta di reimpostare all'uscita una 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 si chiama
+\funcd{epoll\_pwait}\footnote{la funziona 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{prototype}{sys/epoll.h}
{int epoll\_pwait(int epfd, struct epoll\_event * events, int maxevents,
int timeout, const sigset\_t *sigmask)}
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 di nuovo
-la trattazione di un esempio concreto a quando avremo esaminato in dettaglio
-le caratteristiche dei socket, in particolare si potrà trovare un programma
-che utilizza questa interfaccia in sez.~\ref{sec:TCP_sock_multiplexing}.
+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'I/O multiplexing appena illustrate.
+
+In questo tipo di interfacce infatti ci si aspetta che il processo gestisca
+gli eventi a cui vuole rispondere 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}.\footnote{in sostanza se non
+ fossero per i segnali non ci sarebbe da doversi preoccupare, fintanto che si
+ effettuano operazioni all'interno di un processo, della non atomicità delle
+ \index{system~call~lente} 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 alla 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.\footnote{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 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, \func{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
+ maschera dei segnali, il cui valore viene impostato automaticamente dalle
+ \acr{glibc}.} il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/signalfd.h}
+ {int signalfd(int fd, const sigset\_t *mask, int flags)}
+
+ Crea o modifica un file descriptor per la ricezione dei segnali.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
+ successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] 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{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
+ descriptor di \func{signalfd}.
+ \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
+ dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
+ descriptor.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.
+}
+\end{prototype}
+
+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 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 \const{SIGKILL} e
+\const{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}.\footnote{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).\footnote{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.\footnote{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]{15cm}
+ \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.
+
+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}.}
+
+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 di un segnale
+qualunque.\footnote{in realtà per questo sarebbe già sufficiente
+ \func{signalfd} per ricevere i segnali associati ai timer, ma la nuova
+ interfaccia semplifica notevolmente la gestione.}
+
+Le funzioni di questa interfaccia riprendono da vicino quelle introdotte da
+POSIX.1-2001 illustrate sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}. La prima funzione, che
+consente di creare un \textit{timer} è \funcd{timerfd\_create}, il cui
+prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/timerfd.h}
+ {int timerfd\_create(int clockid, int flags)}
+
+ Crea un timer associato ad un file descriptor per la notifica.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un numero di file descriptor in caso di
+ successo o $-1$ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno
+ dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] l'argomento \param{clockid} non è
+ \const{CLOCK\_MONOTONIC} o \const{CLOCK\_REALTIME}, o
+ l'argomento \param{flag} non è valido o diverso da zero per kernel
+ precedenti il 2.6.27.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per creare un nuovo file
+ descriptor di \func{signalfd}.
+ \item[\errcode{ENODEV}] il kernel non può montare internamente il
+ dispositivo per la gestione anonima degli inode associati al file
+ descriptor.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \errval{EMFILE} e \errval{ENFILE}.
+}
+\end{prototype}
+
+La funzione prende come primo argomento il tipo di orologio a cui il timer
+deve fare riferimento, ed i soli valori validi sono \const{CLOCK\_REALTIME},
+per indicare
+
+
+% TODO trattare qui eventfd, timerfd introdotte con il 2.6.22
+% timerfd è stata tolta nel 2.6.23 e rifatta per bene nel 2.6.25
+% vedi: http://lwn.net/Articles/233462/
+% http://lwn.net/Articles/245533/
+% http://lwn.net/Articles/267331/
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/FifoReporter-init.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione di inizializzazione del codice del programma
+ \file{FifoReporter.c}.}
+ \label{fig:fiforeporter_code}
+\end{figure}
+
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/FifoReporter-main.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Ciclo principale del codice del programma \file{FifoReporter.c}.}
+ \label{fig:fiforeporter_code}
+\end{figure}
+
+
+
\section{L'accesso \textsl{asincrono} ai file}
\label{sec:file_asyncronous_access}
kernel è lo stesso) le chiamate a \func{open} o \func{truncate} eseguite dal
\textit{lease breaker} rimaste bloccate proseguono automaticamente.
-
-\index{file!dnotify|(}
-
Benché possa risultare utile per sincronizzare l'accesso ad uno stesso file da
parte di più processi, l'uso dei \textit{file lease} non consente comunque di
risolvere il problema di rilevare automaticamente quando un file o una
-directory vengono modificati, che è quanto necessario ad esempio ai programma
-di gestione dei file dei vari desktop grafici.
+directory vengono modificati,\footnote{questa funzionalità venne aggiunta
+ principalmente ad uso di Samba per poter facilitare l'emulazione del
+ comportamento di Windows sui file, ma ad oggi viene considerata una
+ interfaccia mal progettata ed il suo uso è fortemente sconsigliato a favore
+ di \textit{inotify}.} che è quanto necessario ad esempio ai programma di
+gestione dei file dei vari desktop grafici.
+
+\itindbeg{dnotify}
Per risolvere questo problema a partire dal kernel 2.4 è stata allora creata
un'altra interfaccia,\footnote{si ricordi che anche questa è una interfaccia
nelle precedenti. Se si vuole rimuovere la notifica si deve invece
specificare un valore nullo.
-\index{file!inotify|(}
+\itindbeg{inotify}
Il maggiore problema di \textit{dnotify} è quello della scalabilità: si deve
usare un file descriptor per ciascuna directory che si vuole tenere sotto
comporta tutti i problemi di gestione visti in sez.~\ref{sec:sig_management} e
sez.~\ref{sec:sig_adv_control}. Per tutta questa serie di motivi in generale
quella di \textit{dnotify} viene considerata una interfaccia di usabilità
-problematica.
+problematica ed il suo uso oggi è fortemente sconsigliato.
-\index{file!dnotify|)}
+\itindend{dnotify}
Per risolvere i problemi appena illustrati è stata introdotta una nuova
interfaccia per l'osservazione delle modifiche a file o directory, chiamata
dei campi \var{wd}, \var{mask}, \var{cookie}, e \var{name}) questi vengono
raggruppati in un solo evento.
-\index{file!inotify|)}
+\itindend{inotify}
% TODO trattare fanotify, vedi http://lwn.net/Articles/339399/ e
-% http://lwn.net/Articles/343346/
+% http://lwn.net/Articles/343346/ (incluso nel 2.6.36)
\subsection{L'interfaccia POSIX per l'I/O asincrono}
operazioni, usando un vettore di \textit{control block}. Tramite questo campo
si specifica quale è la natura di ciascuna di esse.
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
- \includestruct{listati/sigevent.h}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{La struttura \structd{sigevent}, usata per specificare le modalità
- di notifica degli eventi relativi alle operazioni di I/O asincrono.}
- \label{fig:file_sigevent}
-\end{figure}
-
Infine il campo \var{aio\_sigevent} è una struttura di tipo \struct{sigevent}
-che serve a specificare il modo in cui si vuole che venga effettuata la
-notifica del completamento delle operazioni richieste. La struttura è
-riportata in fig.~\ref{fig:file_sigevent}; il campo \var{sigev\_notify} è
-quello che indica le modalità della notifica, esso può assumere i tre valori:
-\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.6cm}}
-\item[\const{SIGEV\_NONE}] Non viene inviata nessuna notifica.
-\item[\const{SIGEV\_SIGNAL}] La notifica viene effettuata inviando al processo
- chiamante il segnale specificato da \var{sigev\_signo}; se il gestore di
- questo è stato installato con \const{SA\_SIGINFO} gli verrà restituito il
- valore di \var{sigev\_value} (la cui definizione è in
- fig.~\ref{fig:sig_sigval}) come valore del campo \var{si\_value} di
- \struct{siginfo\_t}.
-\item[\const{SIGEV\_THREAD}] La notifica viene effettuata creando un nuovo
- \itindex{thread} \textit{thread} che esegue la funzione specificata da
- \var{sigev\_notify\_function} con argomento \var{sigev\_value}, e con gli
- attributi specificati da \var{sigev\_notify\_attribute}.
-\end{basedescript}
+(illustrata in in fig.~\ref{fig:struct_sigevent}) che serve a specificare il
+modo in cui si vuole che venga effettuata la notifica del completamento delle
+operazioni richieste; per la trattazione delle modalità di utilizzo della
+stessa si veda quanto già visto in proposito in sez.~\ref{sec:sig_timer_adv}.
Le due funzioni base dell'interfaccia per l'I/O asincrono sono
\funcd{aio\_read} ed \funcd{aio\_write}. Esse permettono di richiedere una
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=14cm]{img/mmap_layout}
+ \includegraphics[width=12cm]{img/mmap_layout}
\caption{Disposizione della memoria di un processo quando si esegue la
mappatura in memoria di un file.}
\label{fig:file_mmap_layout}
\end{functions}
La funzione richiede di mappare in memoria la sezione del file \param{fd} a
-partire da \param{offset} per \param{lenght} byte, preferibilmente
+partire da \param{offset} per \param{length} byte, preferibilmente
all'indirizzo \param{start}. Il valore di \param{offset} deve essere un
multiplo della dimensione di una pagina di memoria.
bordo della pagina successiva.
In questo caso è possibile accedere a quella zona di memoria che eccede le
-dimensioni specificate da \param{lenght}, senza ottenere un \const{SIGSEGV}
+dimensioni specificate da \param{length}, senza ottenere un \const{SIGSEGV}
poiché essa è presente nello spazio di indirizzi del processo, anche se non è
mappata sul file. Il comportamento del sistema è quello di restituire un
valore nullo per quanto viene letto, e di non riportare su file quanto viene
La sezione di memoria sulla quale si intendono fornire le indicazioni deve
essere indicata con l'indirizzo iniziale \param{start} e l'estensione
-\param{lenght}, il valore di \param{start} deve essere allineato,
+\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{lenght}, inoltre se una
+ 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}
realizzazione di \func{posix\_fallocate} a partire dalla versione 2.10.}
Trattandosi di una funzione di servizio, ed ovviamente disponibile
-esclusivamente su Linux, \funcd{fallocate} non è stata definita come funzione
-di libreria e pertanto può essere invocata da un programma soltanto in maniera
-indiretta con l'ausilio di \func{syscall} (vedi sez.~\ref{sec:intro_syscall});
-il suo prototipo è:
+esclusivamente su Linux, inizialmente \funcd{fallocate} non era stata definita
+come funzione di libreria,\footnote{pertanto poteva essere invocata soltanto
+ in maniera indiretta con l'ausilio di \func{syscall}, vedi
+ sez.~\ref{sec:intro_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/falloc.h}
- \funcdecl{long fallocate(int fd, int mode, loff\_t offset, loff\_t len)}
+ \headdecl{linux/fcntl.h}
+
+ \funcdecl{int fallocate(int fd, int mode, off\_t offset, off\_t len)}
Prealloca dello spazio disco per un file.
\func{fallocate} come l'implementazione ottimale di \func{posix\_fallocate} a
livello di kernel.
-
-% TODO documentare \func{fallocate}, introdotta con il 2.6.23
% vedi http://lwn.net/Articles/226710/ e http://lwn.net/Articles/240571/
% http://kernelnewbies.org/Linux_2_6_23
-% \func{fallocate} con il 2.6.25 supporta pure XFS
-
% LocalWords: only ETXTBSY DENYWRITE ENODEV filesystem EPERM EXEC noexec table
% LocalWords: ENFILE lenght segment violation SIGSEGV FIXED msync munmap copy
% LocalWords: DoS Denial Service EXECUTABLE NORESERVE LOCKED swapping stack fs
-% LocalWords: GROWSDOWN ANON POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old
+% LocalWords: GROWSDOWN ANON POPULATE prefaulting SIGBUS fifo VME fork old SFD
% LocalWords: exec atime ctime mtime mprotect addr EACCESS mremap address new
% LocalWords: long MAYMOVE realloc VMA virtual Ingo Molnar remap pages pgoff
% LocalWords: dall' fault cache linker prelink advisory discrectionary lock fl
% LocalWords: SEQUENTIAL NOREUSE WILLNEED DONTNEED streaming fallocate EFBIG
% LocalWords: POLLRDHUP half close pwait Gb madvise MADV ahead REMOVE tmpfs
% LocalWords: DONTFORK DOFORK shmfs preadv pwritev syscall linux loff head XFS
-% LocalWords: MERGEABLE EOVERFLOW prealloca hole FALLOC KEEP stat fstat
+% LocalWords: MERGEABLE EOVERFLOW prealloca hole FALLOC KEEP stat fstat union
+% LocalWords: conditions sigwait CLOEXEC signalfd sizemask SIGKILL SIGSTOP ssi
+% LocalWords: sigwaitinfo FifoReporter Windows ptr sigqueue
%%% Local Variables:
projects / gapil.git / blobdiff