+%% intro.tex
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\chapter{L'architettura del sistema}
\label{cha:intro_unix}
(e non possono accedere direttamente alle zone di memoria riservate o alle
porte di input/output).
-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{preemptive
- scheduling}\index{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.
+Una parte del kernel, lo \textit{scheduler}\index{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{preemptive scheduling}\index{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.
La memoria viene sempre gestita dal kernel attraverso il meccanismo della
\textsl{memoria virtuale}\index{memoria virtuale}, che consente di assegnare a
chiamate, che sono riportate nella seconda sezione del \textsl{Manuale di
programmazione di Unix} (quella cui si accede con il comando \cmd{man 2
<nome>}) e Linux non fa eccezione. Queste sono poi state codificate da vari
-standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}.
+standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}. Uno
+schema elementare della struttura del sistema è riportato in
+\figref{fig:intro_sys_struct}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=10cm]{img/struct_sys}
+ \caption{Schema di massima della struttura di interazione fra processi,
+ kernel e dispositivi in Linux.}
+ \label{fig:intro_sys_struct}
+\end{figure}
Normalmente ciascuna di queste chiamate al sistema viene rimappata in
opportune funzioni con lo stesso nome definite dentro la Libreria Standard del
Quanto appena illustrato mette in evidenza il fatto che nella stragrande
maggioranza dei casi,\footnote{esistono implementazioni diverse delle librerie
- del C, come le \textit{libc5} o le \textit{uclib}, che non derivano dal
- progetto GNU, ma oggi sono, tranne casi particolari, completamente
- soppiantate dalle \acr{glibc}.} si dovrebbe usare il nome GNU/Linux
-(piuttosto che soltanto Linux) in quanto una parte essenziale del sistema
-(senza la quale niente funzionerebbe) è la GNU Standard C Library (in breve
-\acr{glibc}), ovvero la libreria realizzata dalla Free Software Foundation
-nella quale sono state implementate tutte le funzioni essenziali definite
-negli standard POSIX e ANSI C, utilizzabili da qualunque programma.
+ Standard del C, come le \textit{libc5} o le \textit{uClib}, che non derivano
+ dal progetto GNU. Le \textit{libc5} oggi sono, tranne casi particolari,
+ completamente soppiantate dalle \acr{glibc}, le \textit{uClib} pur non
+ essendo complete come le \acr{glibc}, restano invece molto diffuse nel mondo
+ embedded per le loro di dimensioni ridotte (e soprattutto la possibilità di
+ togliere le parti non necessearie), e pertanto costituiscono un valido
+ rimpiazzo delle \acr{glibc} in tutti quei sistemi specializzati che
+ richiedono una minima occupazione di memoria.} si dovrebbe usare il nome
+GNU/Linux (piuttosto che soltanto Linux) in quanto una parte essenziale del
+sistema (senza la quale niente funzionerebbe) è la GNU Standard C Library (in
+breve \acr{glibc}), ovvero la libreria realizzata dalla Free Software
+Foundation nella quale sono state implementate tutte le funzioni essenziali
+definite negli standard POSIX e ANSI C, utilizzabili da qualunque programma.
Le funzioni di questa libreria sono quelle riportate dalla terza sezione del
-\textsl{Manuale di Programmazione di Unix }(cioè accessibili con il comando
+\textsl{Manuale di Programmazione di Unix} (cioè accessibili con il comando
\cmd{man 3 <nome>}) e sono costruite sulla base delle chiamate al sistema del
kernel; è importante avere presente questa distinzione, fondamentale dal punto
di vista dell'implementazione, anche se poi, nella realizzazione di normali
Per questo motivo, anche se lo standard non ha alcun riferimento ad un sistema
di tipo Unix, GNU/Linux (per essere precisi le \acr{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
-in cui è stata suddivisa una libreria standard. In
-\tabref{tab:intro_posix_header} si sono riportati questi header, insieme a
-quelli definiti negli altri standard descritti nelle sezioni successive.
+di libreria da esso previste. Queste sono dichiarate in una serie di
+\textit{header file}\footnote{i file di dichiarazione di variabili, tipi e
+ funzioni, usati normalmente da un compilatore C. Per poter accedere alle
+ funzioni occorre includere con la direttiva \code{\#include} questi file nei
+ propri programmi; per ciascuna funzione che tratteremo in seguito
+ indicheremo anche gli \textit{header file} necessari ad usarla.} (anch'essi
+provvisti dalla \acr{glibc}), In \tabref{tab:intro_posix_header} si sono
+riportati i principali \textit{header file} definiti nello standard POSIX,
+insieme a quelli definiti negli altri standard descritti nelle sezioni
+successive.
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\centering
- \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|l|}
\hline
- \textbf{Standard} & \textbf{Contenuto} \\
+ \multirow{2}{*}{\textbf{Header}}&
+ \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Standard}}&
+ \multirow{2}{*}{\textbf{Contenuto}} \\
+ \cline{2-3}
+ & ANSI C& POSIX& \\
\hline
\hline
- \texttt{stdio.h} & I/O bufferizzato in standard ANSI C.\\
- \texttt{stdlib.h} & definizioni della libreria standard.\\
- \texttt{...} & Da completare.\\
+ \file{assert.h}&$\bullet$&$\bullet$& Verifica le asserzioni fatte in un
+ programma.\\
+ \file{errno.h} &$\bullet$&$\bullet$& Errori di sistema.\\
+ \file{fcntl.h} &$\bullet$&$\bullet$& Controllo sulle opzioni dei file.\\
+ \file{limits.h}&$\bullet$&$\bullet$& Limiti e parametri del sistema.\\
+ \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\
+ \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\
+ \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\
+ \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\
+ \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\
+ \file{stdio.h} &$\bullet$&$\bullet$& I/O bufferizzato in standard ANSI C.\\
+ \file{stdlib.h}&$\bullet$&$\bullet$& definizioni della libreria standard.\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Elenco dei vari file di include definiti dallo standard POSIX.}
+ \caption{Elenco dei vari header file definiti dallo standard POSIX.}
\label{tab:intro_posix_header}
\end{table}
-
In realtà \acr{glibc} ed i relativi header file definiscono un insieme di
funzionalità in cui sono incluse come sottoinsieme anche quelle previste dallo
standard ANSI C. È possibile ottenere una conformità stretta allo standard
usare le varie estensioni al linguaggio e al preprocessore da esso supportate.
+\subsection{I tipi di dati primitivi}
+\label{sec:intro_data_types}
+
+Uno dei problemi di portabilità del codice più comune è quello dei tipi di
+dati utilizzati nei programmi, che spesso variano da sistema a sistema, o
+anche da una architettura ad un altra (ad esempio passando da macchine con
+processori 32 bit a 64).
+
+Storicamente alcuni tipi di dati definiti dallo standard ANSI C sono sempre
+stati associati ad alcune variabili nei sistemi Unix, ad esempio la posizione
+corrente all'interno di un file è sempre stato associato ad un intero a 32
+bit, mentre il numero di dispositivo è sempre stato associato ad un intero a
+16 bit. Tutto questo ovviamente costituisce un incubo per la portabilità tutte
+le volte che, con l'evolversi delle piattaforme hardware, alcuni di questi
+tipi si sono rivelati inadeguati, e se ne è dovuto cambiare la dimensione.
+
+\begin{table}[htb]
+ \footnotesize
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|l|}
+ \hline
+ \textbf{Tipo} & \textbf{Contenuto} \\
+ \hline
+ \hline
+ \type{caddr\_t} & core address.\\
+ \type{clock\_t} & contatore del tempo di sistema.\\
+ \type{dev\_t} & Numero di dispositivo.\\
+ \type{gid\_t} & Identificatore di un gruppo.\\
+ \type{ino\_t} & Numero di \textit{inode}.\\
+ \type{key\_t} & Chiave per il System V IPC.\\
+ \type{loff\_t} & Posizione corrente in un file.\\
+ \type{mode\_t} & Attributi di un file.\\
+ \type{nlink\_t} & Contatore dei link su un file.\\
+ \type{off\_t} & Posizione corrente in un file.\\
+ \type{pid\_t} & Identificatore di un processo.\\
+ \type{rlim\_t} & Limite sulle risorse.\\
+ \type{sigset\_t}& Insieme di segnali.\\
+ \type{ssize\_t} & Dimensione di un oggetto.\\
+ \type{ssize\_t} & Dimensione in numero byte ritornata dalle funzioni.\\
+ \type{ptrdiff\_t}& Differenza fra due puntatori.\\
+ \type{time\_t} & Numero di secondi (in tempo di calendario).\\
+ \type{uid\_t} & Identificatore di un utente.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Elenco dei tipi primitivi, definiti in \file{sys/types.h}.}
+ \label{tab:intro_primitive_types}
+\end{table}
+
+Per questo motivo tutte le funzioni di libreria di solito non fanno
+riferimento ai tipi standard del linguaggio C, ma ad una serie di \textsl{tipi
+ primitivi}, riportati in \tabref{tab:intro_primitive_types}, caratteristici
+di ogni sistema, definiti nell'header file \file{sys/types.h}, che associano i
+tipi utilizzati dalle funzioni di sistema ai tipi elementari supportati dal
+compilatore C.
+
+
+
\subsection{Lo standard IEEE -- POSIX}
\label{sec:intro_posix}
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
+\item[\const{\_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
+ definita con un intero positivo la macro \const{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato
di questa non viene preso in considerazione.
-\item[\macro{\_POSIX\_C\_SOURCE}] definendo questa macro ad un valore intero
+\item[\const{\_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
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
+\item[\const{\_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 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
+\item[\const{\_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
+\item[\const{\_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
+ sia \const{\_POSIX\_SOURCE} che \const{\_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
+\item[\const{\_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
+\item[\const{\_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
+\item[\const{\_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
+\item[\const{\_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.
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
+esplicitamente definendo la macro \const{\_GNU\_SOURCE} prima di
includere i vari header file.
projects / gapil.git / blobdiff