-\chapter{L'architettura di GNU/Linux}
+%% intro.tex
+%%
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+%%
+\chapter{L'architettura del sistema}
\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
-fornire una base di comprensione mirata a sottolineare le peculiarità del
-sistema che sono più rilevanti per quello che riguarda la programmazione.
+cui è basato un sistema operativo 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.
sistema. Chi avesse già una conoscenza di questa materia può tranquillamente
saltare questa sezione.
+
+\subsection{Concetti base}
+\label{sec:intro_base_concept}
+
Il concetto base di un sistema unix-like è quello di un nucleo del sistema (il
-cosiddetto \textit{kernel}) a cui si demanda la gestione delle risorse
-essenziali (la CPU, la memoria, le periferiche) mentre tutto il resto, quindi
-anche la parte che prevede l'interazione con l'utente, deve venire realizzato
-tramite programmi eseguiti dal kernel e che accedano alle risorse hardware
-tramite delle richieste a quest'ultimo.
+cosiddetto \textit{kernel}, nel nostro caso Linux) a cui si demanda la
+gestione delle risorse essenziali (la CPU, la memoria, le periferiche) mentre
+tutto il resto, quindi anche la parte che prevede l'interazione con l'utente,
+deve venire realizzato 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
+I kernel 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
(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{prehemptive 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}, che consente di assegnare a ciascun processo uno
-spazio di indirizzi ``virtuale'' (vedi \secref{sec:proc_memory}) che il kernel
-stesso, con l'ausilio della unità di gestione della memoria, si incaricherà di
-rimappare automaticamente sulla memoria disponibile, salvando su disco quando
-necessario (nella cosiddetta area di \textit{swap}) le pagine di memoria in
-eccedenza.
+\textsl{memoria virtuale}\index{memoria virtuale}, che consente di assegnare a
+ciascun processo uno spazio di indirizzi ``virtuale'' (vedi
+\secref{sec:proc_memory}) che il kernel stesso, con l'ausilio della unità di
+gestione della memoria, si incaricherà di rimappare automaticamente sulla
+memoria disponibile, salvando su disco quando necessario (nella cosiddetta
+area di \textit{swap}) le pagine di memoria in eccedenza.
Le periferiche infine vengono viste in genere attraverso un'interfaccia
astratta che permette di trattarle come fossero file, secondo il concetto per
il lavoro di accesso e gestione a basso livello è effettuato dal kernel).
-\section{User space e kernel space}
+\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
%realizzare un sistema di permessi e controlli che evitano che i programmi
%eseguano accessi non autorizzati.
-Per questo motivo è più corretto parlare di un sistema GNU/Linux, in quanto da
-solo il kernel è assolutamente inutile; quello che costruisce un sistema
-operativo utilizzabile è la presenza di tutta una serie di librerie e
-programmi di utilità che permettono di eseguire le normali operazioni che ci
-si aspetta da un sistema operativo.
+Per questo motivo quando ci si riferisce al sistema nella sua interezza è
+corretto parlare di un sistema GNU/Linux: da solo il kernel è assolutamente
+inutile; quello che costruisce un sistema operativo utilizzabile è la presenza
+di tutta una serie di librerie e programmi di utilità (che di norma sono
+quelli realizzati dal progetto GNU della Free Software Foundation) che
+permettono di eseguire le normali operazioni che ci si aspetta da un sistema
+operativo.
\subsection{Chiamate al sistema e librerie di funzioni}
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
+ call}), si tratta di un insieme di funzioni che un programma può chiamare,
+per le quali viene generata un'interruzione del processo passando il controllo
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
-chiamate, che sono riportate nella seconda sezione del \textsl{Manuale della
- 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}.
+Ogni versione di Unix ha storicamente sempre avuto un certo numero di queste
+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}. 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
-C, che, oltre alle interfacce alle system call, contiene anche tutta una serie
-di ulteriori funzioni, comunemente usate nella programmazione.
+C, che, oltre alle interfacce alle system call, contiene anche tutta la serie
+delle ulteriori funzioni definite dai vari standard, che sono comunemente
+usate nella programmazione.
Questo è importante da capire perché programmare in Linux significa anzitutto
-essere in grado di usare la Libreria Standard del C, in quanto né il kernel,
-né il linguaggio C, implementano direttamente operazioni comuni come la
-allocazione dinamica della memoria, l'input/output bufferizzato o la
-manipolazione delle stringhe, presenti in qualunque programma.
-
-Anche per questo in Linux è in effetti GNU/Linux, in quanto una parte
-essenziale del sistema (senza la quale niente può funzionare) è la
-realizzazione fatta dalla Free Software Foundation della suddetta libreria (la
-GNU Standard C Library, detta in breve \textit{glibc}), in cui sono state
-implementate tutte le funzioni essenziali definite negli standard POSIX e ANSI
-C, che vengono utilizzate da qualunque programma.
+essere in grado di usare le varie interfacce contenute nella Libreria Standard
+del C, in quanto né il kernel, né il linguaggio C, implementano direttamente
+operazioni comuni come l'allocazione dinamica della memoria, l'input/output
+bufferizzato o la manipolazione delle stringhe, presenti in qualunque
+programma.
+
+Quanto appena illustrato mette in evidenza il fatto che nella stragrande
+maggioranza dei casi,\footnote{esistono implementazioni diverse delle librerie
+ 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
-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 programmi,
-non si hanno differenze pratiche fra l'uso di una funzione di libreria e
-quello di una chiamata al sistema.
+\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
+programmi, non si hanno differenze pratiche fra l'uso di una funzione di
+libreria e quello di una chiamata al sistema.
\subsection{Un sistema multiutente}
\label{sec:intro_multiuser}
-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
+Linux, come gli altri kernel 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.
Il concetto base è quello di utente (\textit{user}) del sistema, le cui
ed una serie di permessi e protezioni per impedire che utenti diversi possano
danneggiarsi a vicenda o danneggiare il sistema.
-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
-attraverso la richiesta di una parola d'ordine, anche se sono possibili
-meccanismi diversi\footnote{Ad esempio usando la libreria PAM
+Ogni utente è identificato da un nome (l'\textit{username}), che è quello che
+viene richiesto all'ingresso nel sistema dalla procedura di \textit{login}
+(descritta in dettaglio in \secref{sec:sess_login}). Questa procedura si
+incarica di verificare l'identità dell'utente, in genere attraverso la
+richiesta di una parola d'ordine (la \textit{password}), anche se sono
+possibili 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}.
+ completamente dai meccanismi di autenticazione e sostituire ad esempio l'uso
+ 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
L'utente e il gruppo sono identificati da due numeri (la cui corrispondenza ad
un nome espresso in caratteri è inserita nei due file \file{/etc/passwd} e
\file{/etc/groups}). Questi numeri sono l'\textit{user identifier}, detto in
-breve \acr{uid}, e il \textit{group identifier}, detto in breve \acr{gid}, che
-sono quelli che poi vengono usati dal kernel per identificare l'utente.
+breve \textsl{userid}, ed indicato dall'acronimo \acr{uid}, e il \textit{group
+ identifier}, detto in breve \textsl{groupid}, ed identificato dall'acronimo
+\acr{gid}, e sono quelli che vengono usati dal kernel per identificare
+l'utente.
In questo modo il sistema è in grado di tenere traccia per ogni processo
dell'utente a cui appartiene ed impedire ad altri utenti di interferire con
\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 \code{if (uid) \{ ... \}}}
-\section{Gli standard di unix e GNU/Linux}
+\section{Gli standard}
\label{sec:intro_standard}
In questa sezione faremo una breve panoramica relativa ai vari standard che
sono stabilite come standard di fatto in quanto facenti parte di alcune
implementazioni molto diffuse come BSD o SVr4.
-Ovviamente prenderemo in considerazione solo gli aspetti riguardanti
+Ovviamente prenderemo in considerazione solo gli standard riguardanti
interfacce di programmazione e le altre caratteristiche di un sistema
-unix-like ed in particolare a come e in che modo essi sono supportati da
-GNU/Linux (sia per quanto riguarda il kernel che le \acr{glibc}).
+unix-like (alcuni standardizzano pure i comandi base del sistema e la shell)
+ed in particolare ci concentreremo sul come ed in che modo essi sono
+supportati sia per quanto riguarda il kernel che le librerie del C (con una
+particolare attenzione alle \acr{glibc}).
\subsection{Lo standard ANSI C}
il nome di standard ISO C.
Scopo dello standard è quello di garantire la portabilità dei programmi C fra
-sistemi operativi diversi, ma oltre alla sintassi e alla semantica del
+sistemi operativi diversi, ma oltre alla sintassi ed alla semantica del
linguaggio C (operatori, parole chiave, tipi di dati) lo standard prevede
anche una libreria di funzioni che devono poter essere implementate su
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 \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 \ntab\ 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|c|c|l|}
+ \hline
+ \multirow{2}{*}{\textbf{Header}}&
+ \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Standard}}&
+ \multirow{2}{*}{\textbf{Contenuto}} \\
+ \cline{2-3}
+ & ANSI C& POSIX& \\
+ \hline
+ \hline
+ \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 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
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}
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
+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. Le estensioni
-principali sono
+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
-(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.
+i comandi di sistema (1003.2), per le estensioni realtime e per i thread
+(1003.1d e 1003.1c) e vari altri. In \tabref{tab:intro_posix_std} è riportata
+una classificazione sommaria dei principali documenti prodotti, e di come sono
+identificati fra IEEE ed ISO; si tenga conto inoltre che molto spesso si usa
+l'estensione IEEE anche come aggiunta al nome POSIX (ad esempio si può parlare
+di POSIX.4 come di POSIX.1b).
+
+Si tenga presente però che nuove specifiche e proposte di standardizzazione si
+aggiungono continuamente, mentre le versioni precedenti vengono riviste;
+talvolta poi i riferimenti cambiamo nome, per cui anche solo seguire le
+denominazioni usate diventa particolarmente faticoso; una pagina dove si
+possono recuperare varie (e di norma piuttosto intricate) informazioni è:
+\href{http://www.pasc.org/standing/sd11.html}
+{http://www.pasc.org/standing/sd11.html}.
+
+
+\begin{table}[htb]
+ \footnotesize
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Standard} & \textbf{IEEE} & \textbf{ISO} & \textbf{Contenuto} \\
+ \hline
+ \hline
+ POSIX.1 & 1003.1 & 9945-1& Interfacce di base \\
+ POSIX.1a& 1003.1a& 9945-1& Estensioni a POSIX.1 \\
+ POSIX.2 & 1003.2 & 9945-2& Comandi \\
+ POSIX.3 & 2003 &TR13210& Metodi di test \\
+ POSIX.4 & 1003.1b & --- & Estensioni real-time \\
+ POSIX.4a& 1003.1c & --- & Threads \\
+ POSIX.4b& 1003.1d &9945-1& Ulteriori estensioni real-time \\
+ POSIX.5 & 1003.5 & 14519& Interfaccia per il linguaggio ADA \\
+ POSIX.6 & 1003.2c,1e& 9945-2& Sicurezza \\
+ POSIX.8 & 1003.1f& 9945-1& Accesso ai file via rete \\
+ POSIX.9 & 1003.9 & --- & Intercaccia per il Fortran-77 \\
+ POSIX.12& 1003.1g& 9945-1& Sockets \\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Elenco dei vari standard POSIX e relative denominazioni.}
+ \label{tab:intro_posix_std}
+\end{table}
+
+Benché l'insieme degli standard POSIX siano basati sui sistemi Unix essi
+definiscono comunque un'interfaccia di programmazione generica e non fanno
+riferimento ad una implementazione specifica (ad esempio esiste
+un'implementazione di POSIX.1 anche sotto Windows NT). Lo standard principale
+resta comunque POSIX.1, che continua ad evolversi; la versione più nota, cui
+gran parte delle implementazioni fanno riferimento, e che costituisce una base
+per molti altri tentativi di standardizzazione, è stata rilasciata anche come
+standard internazionale con la sigla ISO/IEC 9945-1:1996.
+
+Linux e le \acr{glibc} implementano tutte le funzioni definite nello standard
+POSIX.1, queste ultime forniscono in più alcune ulteriori capacità (per
+funzioni di \textit{pattern matching} e per la manipolazione delle
+\textit{regular expression}), che vengono usate dalla shell e dai comandi di
+sistema e che sono definite nello standard POSIX.2.
+
+Nelle versioni più recenti del kernel e delle librerie sono inoltre supportate
+ulteriori funzionalità aggiunte dallo standard POSIX.1c per quanto riguarda i
+\textit{thread} (vedi \capref{cha:threads}), e dallo standard POSIX.1b per
+quanto riguarda i segnali e lo scheduling real-time
+(\secref{sec:sig_real_time} e \secref{sec:proc_real_time}), la misura del
+tempo, i meccanismi di intercomunicazione (\secref{sec:ipc_posix}) e l'I/O
+asincrono (\secref{sec:file_asyncronous_io}).
-Le \acr{glibc} implementano tutte le funzioni definite nello standard POSIX.1,
-e Linux;
\subsection{Lo standard X/Open -- XPG3}
\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
-fra cui le specifiche delle API per l'interfaccia grafica (X11).
+fra cui le specifiche delle API (\textit{Application Programmable Interface})
+per l'interfaccia grafica (X11).
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
\label{sec:intro_bsd}
Lo sviluppo di BSD iniziò quando la fine della collaborazione fra l'Università
-di Berkley e la AT/T generò una delle prime e più importanti fratture del
+di Berkley e la AT\&T generò una delle prime e più importanti fratture del
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
-della AT/T.
+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
+Benché 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.
+API di 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.
+commerciali come SunOS. Il kernel e 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}
-
-
-
-\subsection{Gli standard di Linux}
-\label{sec:intro_data_types}
-
-
-
+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 delle 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 fa 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.
+
+Linux e 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, grazie alle \acr{glibc}, gli standard appena descritti sono
+ottenibili sia attraverso l'uso di opzioni del compilatore (il \cmd{gcc}) che
+definendo opportune costanti prima dell'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[\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 \const{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato
+ di questa non viene preso in considerazione.
+\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
+ 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[\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 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[\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[\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 \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[\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[\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[\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[\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.
+\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 \const{\_GNU\_SOURCE} prima di
+includere i vari header file.
+
+
+\subsection{Gli standard di GNU/Linux}
+\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