\label{cha:intro_unix}
In questo primo capitolo sarà fatta un'introduzione ai concetti generali su
-cui è basato un sistema di tipo unix come GNU/Linux, in questo modo potremo
+cui è basato un sistema di tipo Unix come GNU/Linux, in questo modo potremo
fornire una base di comprensione mirata a sottolineare le peculiarità del
sistema che sono più rilevanti per quello che riguarda la programmazione.
-Dopo una introduzione sulle caratteristiche principali di un sistema di tipo
-unix passeremo ad illustrare alcuni dei concetti base dell'architettura di
+Dopo un'introduzione sulle caratteristiche principali di un sistema di tipo
+Unix passeremo ad illustrare alcuni dei concetti base dell'architettura di
GNU/Linux (che sono comunque comuni a tutti i sistemi \textit{unix-like}) ed
introdurremo alcuni degli standard principali a cui viene fatto riferimento.
tramite programmi eseguiti dal kernel e che accedano alle risorse hardware
tramite delle richieste a quest'ultimo.
-Fin dall'inizio uno unix si presenta come un sistema operativo
+Fin dall'inizio uno Unix si presenta come un sistema operativo
\textit{multitasking}, cioè in grado di eseguire contemporaneamente più
programmi, e multiutente, in cui è possibile che più utenti siano connessi ad
una macchina eseguendo più programmi ``in contemporanea'' (in realtà, almeno
%computer (e quindi per un uso personale), sui quali l'hardware (allora
%limitato) non consentiva la realizzazione di un sistema evoluto come uno unix.
-Gli unix più recenti, come Linux, sono realizzati sfruttando alcune
+Gli Unix più recenti, come Linux, sono realizzati sfruttando alcune
caratteristiche dei processori moderni come la gestione hardware della memoria
e la modalità protetta. In sostanza con i processori moderni si può
disabilitare temporaneamente l'uso di certe istruzioni e l'accesso a certe
Una parte del kernel, lo \textit{scheduler}, si occupa di stabilire, ad
intervalli fissi e sulla base di un opportuno calcolo delle priorità, quale
``processo'' deve essere posto in esecuzione (il cosiddetto
-\textit{prehemptive scheduling}). Questo verrà comunque eseguito in modalità
+\textit{preemptive scheduling}). Questo verrà comunque eseguito in modalità
protetta; quando necessario il processo potrà accedere alle risorse hardware
soltanto attraverso delle opportune chiamate al sistema che restituiranno il
controllo al kernel.
\subsection{User space e kernel space}
\label{sec:intro_user_kernel_space}
-Uno dei concetti fondamentali su cui si basa l'architettura dei sistemi unix è
+Uno dei concetti fondamentali su cui si basa l'architettura dei sistemi Unix è
quello della distinzione fra il cosiddetto \textit{user space}, che
contraddistingue l'ambiente in cui vengono eseguiti i programmi, e il
\textit{kernel space}, che è l'ambiente in cui viene eseguito il kernel. Ogni
-programma vede se stesso come se avesse la piena disponibilità della CPU e
+programma vede sé stesso come se avesse la piena disponibilità della CPU e
della memoria ed è, salvo i meccanismi di comunicazione previsti
dall'architettura, completamente ignaro del fatto che altri programmi possono
essere messi in esecuzione dal kernel.
Per questa separazione non è possibile ad un singolo programma disturbare
l'azione di un altro programma o del sistema e questo è il principale motivo
-della stabilità di un sistema unix nei confronti di altri sistemi in cui i
-processi non hanno di questi limiti, o che vengono per vari motivi eseguiti al
-livello del kernel.
+della stabilità di un sistema unix-like nei confronti di altri sistemi in cui
+i processi non hanno di questi limiti, o che vengono per vari motivi eseguiti
+al livello del kernel.
-Pertanto deve essere chiaro a chi programma in unix che l'accesso diretto
+Pertanto deve essere chiaro a chi programma in Unix che l'accesso diretto
all'hardware non può avvenire se non all'interno del kernel; al di fuori dal
kernel il programmatore deve usare le opportune interfacce che quest'ultimo
fornisce allo user space.
\label{sec:intro_kern_and_sys}
Per capire meglio la distinzione fra kernel space e user space si può prendere
-in esame la procedura di avvio di un sistema unix; all'avvio il BIOS (o in
-generale il software di avvio posto nelle EPROM) eseguirà la procedura di
+in esame la procedura di avvio di un sistema unix-like; all'avvio il BIOS (o
+in generale il software di avvio posto nelle EPROM) eseguirà la procedura di
avvio del sistema (il cosiddetto \textit{boot}), incaricandosi di caricare il
kernel in memoria e di farne partire l'esecuzione; quest'ultimo, dopo aver
inizializzato le periferiche, farà partire il primo processo, \cmd{init}, che
Come accennato le interfacce con cui i programmi possono accedere all'hardware
vanno sotto il nome di chiamate al sistema (le cosiddette \textit{system
call}), si tratta di un insieme di funzioni, che un programma può chiamare,
-per le quali viene generata una interruzione processo ed il controllo passa
-dal programma al kernel. Sarà poi quest'ultimo che (oltre a compiere una serie
-di operazioni interne come la gestione del multitasking e l'allocazione della
+per le quali viene generata un'interruzione processo ed il controllo passa dal
+programma al kernel. Sarà poi quest'ultimo che (oltre a compiere una serie di
+operazioni interne come la gestione del multitasking e l'allocazione della
memoria) eseguirà la funzione richiesta in \textit{kernel space} restituendo i
risultati al chiamante.
-Ogni versione unix ha storicamente sempre avuto un certo numero di queste
+Ogni versione di Unix ha storicamente sempre avuto un certo numero di queste
chiamate, che sono riportate nella seconda sezione del \textsl{Manuale della
- programmazione di unix} (quella cui si accede con il comando \cmd{man 2
+ programmazione di Unix} (quella cui si accede con il comando \cmd{man 2
nome}) e GNU/Linux non fa eccezione. Queste sono poi state codificate da
vari standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}.
\subsection{Un sistema multiutente}
\label{sec:intro_multiuser}
-Linux, come gli altri unix, nasce fin dall'inizio come sistema multiutente,
+Linux, come gli altri Unix, nasce fin dall'inizio come sistema multiutente,
cioè in grado di fare lavorare più persone in contemporanea. Per questo
esistono una serie di meccanismi di sicurezza, che non sono previsti in
sistemi operativi monoutente, e che occorre tenere presente.
Ad ogni utente è dato un nome \textit{username}, che è quello che viene
richiesto all'ingresso nel sistema dalla procedura di \textit{login}. Questa
-procedura si incarica di verificare la identità dell'utente, in genere
+procedura si incarica di verificare l'identità dell'utente, in genere
attraverso la richiesta di una parola d'ordine, anche se sono possibili
-meccanismi diversi\footnote{Ad esempio usando la libreria PAM
+meccanismi diversi.\footnote{Ad esempio usando la libreria PAM
(\textit{Pluggable Autentication Methods}) è possibile astrarre
completamente i meccanismi di autenticazione e sostituire ad esempio l'uso
- delle password con meccanismi di identificazione biometrica}.
+ delle password con meccanismi di identificazione biometrica.}
Eseguita la procedura di riconoscimento in genere il sistema manda in
esecuzione un programma di interfaccia (che può essere la \textit{shell} su
-terminale o una interfaccia grafica) che mette a disposizione dell'utente un
+terminale o un'interfaccia grafica) che mette a disposizione dell'utente un
meccanismo con cui questo può impartire comandi o eseguire altri programmi.
Ogni utente appartiene anche ad almeno un gruppo (il cosiddetto
\secref{sec:file_access_control}) è regolato da questo meccanismo di
identificazione.
-Infine in ogni unix è presente un utente speciale privilegiato, il cosiddetto
+Infine in ogni Unix è presente un utente speciale privilegiato, il cosiddetto
\textit{superuser}, il cui username è di norma \textit{root}, ed il cui
\acr{uid} è zero. Esso identifica l'amministratore del sistema, che deve
essere in grado di fare qualunque operazione; per l'utente \textit{root}
infatti i meccanismi di controllo descritti in precedenza sono
-disattivati\footnote{i controlli infatti vengono sempre eseguiti da un codice
- del tipo \texttt{if (uid) \{ ... \}}}.
+disattivati.\footnote{i controlli infatti vengono sempre eseguiti da un codice
+ del tipo \texttt{if (uid) \{ ... \}}}
-\section{Gli standard di unix e GNU/Linux}
+\section{Gli standard di Unix e GNU/Linux}
\label{sec:intro_standard}
In questa sezione faremo una breve panoramica relativa ai vari standard che
qualunque sistema operativo.
Per questo motivo, anche se lo standard non ha alcun riferimento ad un sistema
-di tipo unix, GNU/Linux (per essere precisi le glibc), come molti unix
+di tipo Unix, GNU/Linux (per essere precisi le glibc), come molti Unix
moderni, provvede la compatibilità con questo standard, fornendo le funzioni
di libreria da esso previste. Queste sono dichiarate in quindici header file
(anch'essi provvisti dalla \acr{glibc}), uno per ciascuna delle quindici aree
\label{sec:intro_posix}
Uno standard più attinente al sistema nel suo complesso (e che concerne sia il
-kernel che le librerie e` lo standard POSIX. Esso prende origine dallo
-standard ANSI C, che contiene come sottoinsieme, prevedendo ulteriori capacità
-per le funzioni in esso definite, ed aggiungendone di nuove. Le estensioni
-principali sono
+kernel che le librerie è lo standard POSIX. Esso prende origine dallo standard
+ANSI C, che contiene come sottoinsieme, prevedendo ulteriori capacità per le
+funzioni in esso definite, ed aggiungendone di nuove.
In realtà POSIX è una famiglia di standard diversi, il cui nome, suggerito da
Richard Stallman, sta per \textit{Portable Operating System Interface}, ma la
-X finale denuncia la sua stretta relazione con i sistemi unix. Esso nasce dal
+X finale denuncia la sua stretta relazione con i sistemi Unix. Esso nasce dal
lavoro dell'IEEE (\textit{Institute of Electrical and Electronics Engeneers})
che ne produsse una prima versione, nota come IEEE 1003.1-1988, mirante a
standardizzare l'interfaccia con il sistema operativo.
Ma gli standard POSIX non si limitano alla standardizzazione delle funzioni di
libreria, e in seguito sono stati prodotti anche altri standard per la shell e
-le utilities di sistema (1003.2), per le estensioni realtime e per i thread
+le utility di sistema (1003.2), per le estensioni realtime e per i thread
(1003.1d e 1003.1c) e vari altri.
-Benché lo standard POSIX sia basato sui sistemi unix esso definisce comunque
-una interfaccia e non fa riferimento ad una specifica implementazione (ad
-esempio esiste anche una implementazione di questo standard pure sotto Windows
-NT). Lo standard si è evoluto nel tempo ed una versione più aggiornata (quella
-che viene normalmente denominata POSIX.1) è stata rilasciata come standard
-internazionale con la sigla ISO/IEC 9945-1:1996.
+Benché lo standard POSIX sia basato sui sistemi Unix esso definisce comunque
+un'interfaccia e non fa riferimento ad una specifica implementazione (ad
+esempio esiste un'implementazione di questo standard anche sotto Windows NT).
+Lo standard si è evoluto nel tempo ed una versione più aggiornata (quella che
+viene normalmente denominata POSIX.1) è stata rilasciata come standard
+internazionale con la sigla ISO/IEC 9945-1:1996.
Le \acr{glibc} implementano tutte le funzioni definite nello standard POSIX.1,
e Linux;
\label{sec:intro_xopen}
Il consorzio X/Open nacque nel 1984 come consorzio di venditori di sistemi
-unix per giungere ad una armonizzazione delle varie implementazioni. Per far
+Unix per giungere ad un'armonizzazione delle varie implementazioni. Per far
questo iniziò a pubblicare una serie di documentazioni e specifiche sotto il
nome di \textit{X/Open Portability Guide} (a cui di norma si fa riferimento
con l'abbreviazione XPGn).
Nel 1989 produsse una terza versione di questa guida particolarmente
-voluminosa (la \textit{X/Open Portability Guide, Issue 3}), contenente una
-ulteriore standardizzazione dell'interfaccia sistema unix, che venne presa
-come riferimento da vari produttori.
+voluminosa (la \textit{X/Open Portability Guide, Issue 3}), contenente
+un'ulteriore standardizzazione dell'interfaccia di sistema di Unix, che venne
+presa come riferimento da vari produttori.
Questo standard, detto anche XPG3 dal nome della suddetta guida, è sempre
basato sullo standard POSIX.1, ma prevede una serie di funzionalità aggiuntive
Nel 1992 lo standard venne rivisto con una nuova versione della guida, la
Issue 4 (da cui la sigla XPG4) che aggiungeva l'interfaccia XTI (\textit{X
- transport Interface}) mirante a soppiantare (senza molto successo)
+ Transport Interface}) mirante a soppiantare (senza molto successo)
l'interfaccia dei socket derivata da BSD. Una seconda versione della guida fu
rilasciata nel 1994, questa è nota con il nome di Spec 1170 (dal numero delle
interfacce, header e comandi definiti).
aveva comprato dalla AT\&T) al consorzio X/Open che iniziò a pubblicare le sue
specifiche sotto il nome di \textit{Single UNIX Specification}, l'ultima
versione di Spec 1170 diventò così la prima versione delle \textit{Single UNIX
- Specification}, SUSv2, più comunemente nota come \textit{Unix 95}.
+ Specification}, SUSv1, più comunemente nota come \textit{Unix 95}.
-\subsection{Gli standard UNIX -- Open Group}
+\subsection{Gli standard Unix -- Open Group}
\label{sec:intro_opengroup}
Nel 1996 la fusione del consorzio X/Open con la Open Software Foundation (nata
mondo Unix. L'Università di Berkley proseguì nello sviluppo della base di
codice di cui disponeva, e che presentava parecchie migliorie rispetto alle
allora versioni disponibili, fino ad arrivare al rilascio di una versione
-completa di unix, chiamata appunto BSD, del tutto indipendente dal codice
+completa di Unix, chiamata appunto BSD, del tutto indipendente dal codice
della AT/T.
-Benchè BSD non sia uno standard formalizzato, l'implementazione di unix
+Benchè BSD non sia uno standard formalizzato, l'implementazione di Unix
dell'Università di Berkley, ha provveduto nel tempo una serie di estensioni e
-di API grande rilievo, come il link simbolici (vedi \secref{sec:file_symlink},
-la funzione \func{select}, i socket.
+di API grande rilievo, come il link simbolici, la funzione \code{select}, i
+socket.
-Queste estensioni sono state via via aggiunte al sistema nelle varie release
+Queste estensioni sono state via via aggiunte al sistema nelle varie versioni
del sistema (BSD 4.2, BSD 4.3 e BSD 4.4) come pure in alcuni derivati
commerciali come SunOS. Le \acr{glibc} provvedono tutte queste estensioni che
sono state in gran parte incorporate negli standard successivi.
\subsection{Lo standard System V}
\label{sec:intro_sysv}
-Come noto Unix nasce nei laboratori della AT/T, che per molti anni ne detiene
-il marchio depositato; le varie versioni
-
-
-System V è la denominazione dello Unix sviluppato ufficialmente dalla AT/T; la
-sua interfaccia è descritta in un documento dal titolo \textit{System V
- Interface Description}, a cui si fa spesso riferimento con la sigla
-SVID. Anche questo costituisce un sovrainsieme delle interfacce definite dallo
-standard POSIX.
-
-
-
-\subsection{Il comportamento standard del \cmd{gcc}}
-\label{sec:intro_gcc}
-
-
-
-\subsection{Gli standard nelle \acr{glibc}}
-\label{sec:intro_glibc_std}
-
+Come noto Unix nasce nei laboratori della AT/T, che ne registrò il nome come
+marchio depositato, sviluppandone una serie di versioni diverse; nel 1983 la
+versione supportata ufficialmente venne rilasciata al pubblico con il nome di
+Unix System V. Negli anni successivi l'AT/T proseguì lo sviluppo rilasciando
+varie versioni con aggiunte e integrazioni; nel 1989 un accordo fra vari
+venditori (AT/T, Sun, HP, e altro) portò ad una versione che provvedeva
+un'unificazione dell interfacce comprendente Xenix e BSD, la System V release
+4.
+
+L'interfaccia di questa ultima release è descritta in un documento dal titolo
+\textit{System V Interface Description}, o SVID; spesso però si riferimento a
+questo standard con il nome della sua implementazione, usando la sigla SVr4.
+
+Anche questo costituisce un sovrainsieme delle interfacce definite dallo
+standard POSIX. Nel 1992 venne rilasciata una seconda versione del sistema:
+la SVr4.2. L'anno successivo la divisione della AT/T (già a suo tempo
+rinominata in Unix System Laboratories) venne acquistata dalla Novell, che poi
+trasferì il marchio Unix al consorzio X/Open; l'ultima versione di System V fu
+la SVr4.2MP rilasciata nel Dicembre 93.
+
+Le \acr{glibc} implementano le principali funzionalità richieste da SVID che
+non sono già incluse negli standard POSIX ed ANSI C, per compatibilità con lo
+Unix System V e con altri Unix (come SunOS) che le includono. Tuttavia le
+funzionalità più oscure e meno utilizzate (che non sono presenti neanche in
+System V) sono state tralasciate.
+
+Le funzionalità implementate sono principalmente il meccanismo di
+intercomunicazione fra i processi e la memoria condivisa (il cosiddetto System
+V IPC, che vedremo in \secref{sec:ipc_sysv}) le funzioni della famiglia
+\func{hsearch} e \func{drand48}, \func{fmtmsg} e svariate funzioni
+matematiche.
+
+
+\subsection{Il comportamento standard del \cmd{gcc} e delle \acr{glibc}}
+\label{sec:intro_gcc_glibc_std}
+
+In Linux gli standard appena descritti sono ottenibili sia attraverso l'uso di
+opzioni del compilatore (il \cmd{gcc}) che definendo opportune costanti prima
+della inclusione dei file degli header.
+
+Se si vuole che i programmi seguano una stretta attinenza allo standard ANSI C
+si può usare l'opzione \cmd{-ansi} del compilatore, e non sarà riconosciuta
+nessuna funzione non riconosciuta dalle specifiche standard ISO per il C.
+
+Per attivare le varie opzioni è possibile definire le macro di preprocessore,
+che controllano le funzionalità che le \acr{glibc} possono mettere a
+disposizione: questo può essere fatto attraverso l'opzione \cmd{-D} del
+compilatore, ma è buona norma inserire gli opportuni \code{\#define} nei
+propri header file.
+
+Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\macro{\_POSIX\_SOURCE}] definendo questa macro si rendono disponibili
+ tutte le funzionalità dello standard POSIX.1 (la versione IEEE Standard
+ 1003.1) insieme a tutte le funzionalità dello standard ISO C. Se viene anche
+ definita con un intero positivo la macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato
+ di questa non viene preso in considerazione.
+\item[\macro{\_POSIX\_C\_SOURCE}] definendo questa macro ad un valore intero
+ positivo si controlla quale livello delle funzionalità specificate da POSIX
+ viene messa a disposizione; più alto è il valore maggiori sono le
+ funzionalità. Se è uguale a '1' vengono attivate le funzionalità specificate
+ nella edizione del 1990 (IEEE Standard 1003.1-1990), valori maggiori o
+ uguali a '2' attivano le funzionalità POSIX.2 specificate nell'edizione del
+ 1992 (IEEE Standard 1003.2-1992). Un valore maggiore o uguale a `199309L'
+ attiva le funzionalità POSIX.1b specificate nell'edizione del 1993 (IEEE
+ Standard 1003.1b-1993). Un valore maggiore o uguale a `199506L' attiva le
+ funzionalità POSIX.1 specificate nell'edizione del 1996 (ISO/IEC 9945-1:
+ 1996). Valori superiori abiliteranno ulteriori estensioni.
+\item[\macro{\_BSD\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
+ funzionalità derivate da BSD4.3, insieme a quelle previste dagli standard
+ ISO C, POSIX.1 e POSIX.2. Alcune delle funzionalità previste da BSD sono
+ però in conflitto con le corrispondenti definite nello standard POSIX.1, in
+ questo caso le definizioni previste da BSD4.3 hanno la precedenza rispetto a
+ POSIX. A causa della natura dei conflitti con POSIX per ottenere una piena
+ compatibilità con BSD4.3 è necessario anche usare una libreria di
+ compatibilità, dato che alcune funzioni sono definite in modo diverso. In
+ questo caso occorre pertanto anche usare l'opzione \cmd{-lbsd-compat} con il
+ compilatore per indicargli di utilizzare le versioni nella libreria di
+ compatibilità prima di quelle normali.
+\item[\macro{\_SVID\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
+ funzionalità derivate da SVID. Esse comprendono anche quelle definite negli
+ standard ISO C, POSIX.1, POSIX.2, and X/Open.
+\item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
+ funzionalità descritte nella \textit{X/Open Portability Guide}. Anche queste
+ sono un soprainsieme di quelle definite in POSIX.1 e POSIX.2 ed in effetti
+ sia \macro{\_POSIX\_SOURCE} che \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} vengono
+ automaticamente definite. Sono incluse anche ulteriori funzionalità
+ disponibili in BSD e SVID. Se il valore della macro è posto a 500 questo
+ include anche le nuove definizioni introdotte con la \textit{Single UNIX
+ Specification, version 2}, cioè Unix98.
+\item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}] definendo questa macro si attivano le
+ ulteriori funzionalità necessarie ad essere conformi al rilascio del marchio
+ \textit{X/Open Unix}.
+\item[\macro{\_ISOC99\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
+ funzionalità previste per la revisione delle librerie standard del C
+ denominato ISO C99. Dato che lo standard non è ancora adottato in maniera
+ ampia queste non sono abilitate automaticamente, ma le \acr{glibc} hanno già
+ un'implementazione completa che può essere attivata definendo questa macro.
+\item[\macro{\_LARGEFILE\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le
+ funzionalità per il supporto dei file di grandi dimensioni (il \textit{Large
+ File Support} o LFS) con indici e dimensioni a 64 bit.
+\item[\macro{\_GNU\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano tutte le
+ funzionalità disponibili: ISO C89, ISO C99, POSIX.1, POSIX.2, BSD, SVID,
+ X/Open, LFS più le estensioni specifiche GNU. Nel caso in cui BSD e POSIX
+ confliggano viene data la precedenza a POSIX.
+\end{basedescript}
+
+In particolare è da sottolineare che le \acr{glibc} supportano alcune
+estensioni specifiche GNU, che non sono comprese in nessuno degli
+standard citati. Per poterle utilizzare esse devono essere attivate
+esplicitamente definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di
+includere i vari header file.
\subsection{Gli standard di Linux}
-\label{sec:intro_data_types}
+\label{sec:intro_linux_std}
+
+Da fare (o cassare, a seconda del tempo e della voglia).
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff