\item i campi \var{msg\_stime} e \var{msg\_rtime}, che esprimono
rispettivamente il tempo in cui è stato inviato o ricevuto l'ultimo
messaggio sulla coda, sono inizializzati a 0.
-\item il campo \var{msg\_ctime} viene inizializzato al tempo corrente.
-\item il campo \var{msg\_qbytes} viene inizializzato al valore preimpostato
+\item il campo \var{msg\_ctime}, che esprime il tempo di creazione della coda,
+ viene inizializzato al tempo corrente.
+\item il campo \var{msg\_qbytes} che esprime la dimensione massima del
+ contenuto della coda (in byte) viene inizializzato al valore preimpostato
del sistema (\macro{MSGMNB}).
\item i campi \var{msg\_first} e \var{msg\_last} che esprimono l'indirizzo del
primo e ultimo messaggio sono inizializzati a \macro{NULL} e
\begin{errlist}
\item[\macro{EACCES}] Si è richiesto \macro{IPC\_STAT} ma processo chiamante
non ha i privilegi di lettura sulla coda.
- \item[\macro{EIDRM}] La coda richiesta è marcata per essere cancellata.
+ \item[\macro{EIDRM}] La coda richiesta è stata cancellata.
\item[\macro{EPERM}] Si è richiesto \macro{IPC\_SET} o \macro{IPC\_RMID} ma
il processo non ha i privilegi, o si è richiesto di aumentare il valore di
\var{msg\_qbytes} oltre il limite \macro{MSGMNB} senza essere
riceveranno un errore di \macro{EIDRM}, e tutti processi in attesa su
funzioni di di lettura o di scrittura sulla coda saranno svegliati ricevendo
il medesimo errore. Questo comando può essere eseguito solo da un processo
- con userid effettivo corrispondente al creatore a o al proprietario della
+ con userid effettivo corrispondente al creatore o al proprietario della
coda, o all'amministratore.
\item[\macro{IPC\_SET}] Permette di modificare i permessi ed il proprietario
della coda, ed il limite massimo sulle dimensioni del totale dei messaggi in
messaggio ha lunghezza specificata da \param{msgsz} ed è passato attraverso
l'argomento \param{msgp}. Quest'ultimo deve venire passato sempre in una
forma che corrisponda alla struttura \var{msgbuf} riportata in
-\figref{fig:ipc_msbug}. La dimensione massima per il testo di un messaggio
+\figref{fig:ipc_msbuf}. La dimensione massima per il testo di un messaggio
non può comunque superare il limite \macro{MSGMAX}.
-La struttura di \figref{fig:ipc_msbug} comunque è solo un modello, tanto che
+La struttura di \figref{fig:ipc_msbuf} comunque è solo un modello, tanto che
la definizione contenuta in \file{sys/msg.h} usa esplicitamente per il secondo
campo il valore \code{mtext[1]}, che non è di nessuna utilità ai fini pratici.
La sola cosa che conta è che abbia come primo membro un campo \var{mtype},
del messaggio.
In generale pertanto per inviare un messaggio con \func{msgsnd} si usa
-ridefinire una struttura simile a quella di \figref{fig:ipc_msbug}, adattando
+ridefinire una struttura simile a quella di \figref{fig:ipc_msbuf}, adattando
alle proprie esigenze il campo \var{mtype}, (o ridefinendo come si vuole il
corpo del messaggio, anche con più campi o con strutture più complesse) avendo
però la cura di mantenere nel primo campo un valore di tipo \ctyp{long} che ne
argomento è solo quella del messaggio, non quella di tutta la struttura, se
cioè \var{message} è una propria struttura che si passa alla funzione,
\param{msgsz} dovrà essere uguale a \code{sizeof(message)-sizeof(long)}, (se
-consideriamo il caso dell'esempio in \figref{fig:ipc_msbug}, \param{msgsz}
+consideriamo il caso dell'esempio in \figref{fig:ipc_msbuf}, \param{msgsz}
dovrà essere pari a \macro{LENGHT}).
\begin{figure}[!htb]
\end{lstlisting}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{Schema della struttura \var{msgbug}, da utilizzare come argomento
+ \caption{Schema della struttura \var{msgbuf}, da utilizzare come argomento
per inviare/ricevere messaggi.}
- \label{fig:ipc_msbug}
+ \label{fig:ipc_msbuf}
\end{figure}
Per capire meglio il funzionamento della funzione riprendiamo in
considerazione la struttura della coda illustrata in
-\secref{fig:ipc_mq_schema}. Alla chiamata di \func{msgsnd} il nuovo messaggio
+\figref{fig:ipc_mq_schema}. Alla chiamata di \func{msgsnd} il nuovo messaggio
sarà aggiunto in fondo alla lista inserendo una nuova struttura \var{msg}, il
puntatore \var{msg\_last} di \var{msqid\_ds} verrà aggiornato, come pure il
puntatore al messaggio successivo per quello che era il precedente ultimo
La funzione legge un messaggio dalla coda specificata scrivendolo nel buffer
indicato da \param{msgp}, che avrà un formato analogo a quello di
-\figref{fig:ipc_msbug}. L'argomento \param{msgsz} indica la lunghezza massima
+\figref{fig:ipc_msbuf}. L'argomento \param{msgsz} indica la lunghezza massima
del testo del messaggio (equivalente al valore del parametro \macro{LENGHT}
-nell'esempio di \figref{fig:ipc_msbug}).
+nell'esempio di \figref{fig:ipc_msbuf}).
Se il testo del messaggio ha lunghezza inferiore a \param{msgsz} esso viene
rimosso dalla coda; in caso contrario, se \param{msgflg} è impostato a
useremo una coda di messaggi, usando il \acr{pid} del client come valore per
il tipo di messaggio, per restituire indietro le frasi ai client.
-
-
\subsection{Semafori}
\label{sec:ipc_sysv_sem}
-Il secondo oggetto introdotto dal \textit{System V IPC} è quello dei semafori.
-Un semaforo è uno speciale contatore che permette di controllare l'accesso a
-risorse condivise. La funzione che permette di creare o ottenere
-l'identificatore di un insieme di semafori è \func{semget}, ed il suo prototipo
-è:
+I semafori non sono meccanismi di intercomunicazione diretta come quelli
+(pipe, fifo e code di messaggi) visti finora, e non consentono di scambiare
+dati fra processi, ma servono piuttosto come meccanismi di sincronizzazione o
+di protezione per le \textsl{sezioni critiche}\index{sezioni critiche} del
+codice (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_race_cond}).
+
+Un semaforo è uno speciale contatore, mantenuto nel kernel, che permette, a
+seconda del suo valore, di consentire o meno la prosecuzione dell'esecuzione
+del codice. In questo modo l'accesso ad una risorsa condivisa da più processi
+può essere controllato, associando ad essa un semaforo che consente di
+assicurare che non più di un processo alla volta possa usarla.
+
+Il concetto di semaforo è uno dei concetti base nella programmazione ed è
+assolutamente generico, così come del tutto generali sono modalità con cui lo
+si utilizza. Un processo che deve accedere ad una risorsa eseguirà un
+controllo del semaforo: se questo è positivo il suo valore sarà decrementato,
+indicando che si è consumato una unità della risorsa, ed il processo potrà
+proseguire nell'utilizzo di quest'ultima, provvedendo a rilasciarla, una volta
+completate le operazioni volute, reincrementando il semaforo.
+
+Se al momento del controllo il valore del semaforo è nullo, siamo invece in
+una situazione in cui la risorsa non è disponibile, ed il processo si
+bloccherà in stato di \textit{sleep} fin quando chi la sta utilizzando non la
+rilascerà, incrementando il valore del semaforo. Non appena il semaforo torna
+positivo, indicando che la risorsa è disponibile, il processo sarà svegliato,
+e si potrà operare come nel caso precedente (decremento del semaforo, accesso
+alla risorsa, incremento del semaforo).
+
+Per poter implementare questo tipo di logica le operazioni di controllo e
+decremento del contatore associato al semaforo devono essere atomiche,
+pertanto una realizzazione di un oggetto di questo tipo è necessariamente
+demandata al kernel. La forma più semplice di semaforo è quella del
+\textsl{semaforo binario}, o \textit{mutex}, in cui un valore diverso da zero
+(normalmente 1) indica la libertà di accesso, e un valore nullo l'occupazione
+della risorsa; in generale però si possono usare semafori con valori interi,
+utilizzando il valore del contatore come indicatore del ``numero di risorse''
+ancora disponibili.
+
+Il sistema di comunicazione interprocesso di System V IPC prevede anche i
+semafori, ma gli oggetti utilizzati non sono semafori singoli, ma gruppi di
+semafori detti \textsl{insiemi} (o \textit{semaphore set}); la funzione che
+permette di creare o ottenere l'identificatore di un insieme di semafori è
+\func{semget}, ed il suo prototipo è:
\begin{functions}
\headdecl{sys/types.h}
\headdecl{sys/ipc.h}
valori visti per \func{msgget}.}
\end{functions}
-La funzione è del tutto analoga a \func{msgget} ed identico è l'uso degli
-argomenti \param{key} e \param{flag}, per cui non ripeteremo quanto detto al
-proposito in \secref{sec:ipc_sysv_mq}. L'argomento \param{nsems} permette di
-specificare quanti semafori deve contenere l'insieme qualora se ne richieda la
-creazione, e deve essere nullo quando si effettua una richiesta
-dell'identificatore di un insieme già esistente.
+La funzione è del tutto analoga a \func{msgget}, solo che in questo caso
+restituisce l'identificatore di un insieme di semafori, in particolare è
+identico l'uso degli argomenti \param{key} e \param{flag}, per cui non
+ripeteremo quanto detto al proposito in \secref{sec:ipc_sysv_mq}. L'argomento
+\param{nsems} permette di specificare quanti semafori deve contenere l'insieme
+quando se ne richieda la creazione, e deve essere nullo quando si effettua una
+richiesta dell'identificatore di un insieme già esistente.
+
+Purtroppo questa implementazione complica inutilmente lo schema elementare che
+abbiamo descritto, dato che non è possibile definire un singolo semaforo, ma
+se ne deve creare per forza un insieme. Ma questa in definitiva è solo una
+complicazione inutile, il problema è che i semafori del System V IPC soffrono
+di altri due ben più gravi difetti.
+
+Il primo grave difetto è che non esiste una funzione che permetta di creare ed
+inizializzare un semaforo in un'unica chiamata; occorre prima creare l'insieme
+dei semafori con \func{semget} e poi inizializzarlo con \func{semctl}, si
+perde così ogni possibilità di esegure atomicamente questa operazione.
+
+Il secondo difetto deriva dalla caratteristica generale degli oggetti del
+System V IPC di essere risorse globali di sistema, che non vengono cancellate
+quando nessuno le usa più; ci si così a trova a dover affrontare
+esplicitamente il caso in cui un processo termina per un qualche errore,
+lasciando un semaforo occupato, che resterà tale fino al successivo riavvio
+del sistema. Come vedremo esistono delle modalità per evitare tutto ciò, ma
+diventa necessario indicare esplicitamente che si vuole il ripristino del
+semaforo all'uscita del processo.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+struct semid_ds
+{
+ struct ipc_perm sem_perm; /* operation permission struct */
+ time_t sem_otime; /* last semop() time */
+ time_t sem_ctime; /* last time changed by semctl() */
+ unsigned long int sem_nsems; /* number of semaphores in set */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \var{semid\_ds}, associata a ciascun insieme di
+ semafori.}
+ \label{fig:ipc_semid_sd}
+\end{figure}
A ciascun insieme di semafori è associata una struttura \var{semid\_ds},
-riportata in \figref{fig:ipc_semid_sd}, come nel caso delle code di messaggi
+riportata in \figref{fig:ipc_semid_sd}. Come nel caso delle code di messaggi
quando si crea un nuovo insieme di semafori con \func{semget} questa struttura
viene inizializzata, in particolare il campo \var{sem\_perm} viene
-inizializzato come illustrato in \secref{sec:ipc_sysv_access_control}, per
-quanto riguarda gli altri campi invece:
+inizializzato come illustrato in \secref{sec:ipc_sysv_access_control} (si
+ricordi che in questo caso il permesso di scrittura è in realtà permesso di
+alterare il semaforo), per quanto riguarda gli altri campi invece:
\begin{itemize*}
\item il campo \var{sem\_nsems}, che esprime il numero di semafori
nell'insieme, viene inizializzato al valore di \param{nsems}.
effettuata, viene inizializzato a zero.
\end{itemize*}
+Ciascun semaforo dell'isnsieme è realizzato come una struttura di tipo
+\var{sem} che ne contiene i dati essenziali, la sua definizione\footnote{si è
+ riportata la definizione originaria del kernel 1.0, che contiene la prima
+ realizzazione del System V IPC in Linux. In realtà questa struttura ormai è
+ ridotta ai soli due primi membri, e gli altri vengono calcolati
+ dinamicamente. La si è utilizzata a scopo di esempio, perché indica tutti i
+ valori associati ad un semaforo, restituiti dalle funzioni di controllo, e
+ citati dalla pagine di manuale.} è riportata in \figref{fig:ipc_sem}. Di
+norma questa struttura non è accessibile in user space, ma lo sono, in maniera
+indiretta, tramite l'uso delle funzioni di controllo, i valori in essa
+specificati, che indicano rispettivamente: il valore del semaforo, il
+\acr{pid} dell'ultimo processo che ha eseguito una operazione, il numero di
+processi in attesa che esso venga incrementato ed il numero di processi in
+attesa che esso si annulli.
+
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize \centering
\begin{minipage}[c]{15cm}
\begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
-struct semid_ds
-{
- struct ipc_perm sem_perm; /* operation permission struct */
- time_t sem_otime; /* last semop() time */
- time_t sem_ctime; /* last time changed by semctl() */
- unsigned long int sem_nsems; /* number of semaphores in set */
+struct sem {
+ short sempid; /* pid of last operation */
+ ushort semval; /* current value */
+ ushort semncnt; /* num procs awaiting increase in semval */
+ ushort semzcnt; /* num procs awaiting semval = 0 */
};
\end{lstlisting}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La struttura \var{semid\_ds}, associata a ciascun insieme di
- semafori.}
- \label{fig:ipc_semid_sd}
+ \caption{La struttura \var{sem}, che contiene i dati di un signolo semaforo.}
+ \label{fig:ipc_sem}
\end{figure}
+Come per le code di messaggi anche per gli insiemi di semafori esistono una
+serie di limiti, i cui valori sono associati ad altrettante costanti, che si
+sono riportate in \tabref{tab:ipc_sem_limits}. Alcuni di questi limiti sono
+al solito accessibili e modificabili attraverso \func{sysctl} o scrivendo
+direttamente nel file \file{/proc/sys/kernel/sem}.
+
\begin{table}[htb]
\footnotesize
\centering
- \begin{tabular}[c]{|c|r|l|l|}
+ \begin{tabular}[c]{|c|r|p{8cm}|}
\hline
\textbf{Costante} & \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \macro{SEMMNI}& 16& Numero massimo di insiemi di semafori. \\
- \macro{SEMMAX}& 8192& .\\
- \macro{SEMMNB}&16384& .\\
+ \macro{SEMMNI}& 128 & Numero massimo di insiemi di semafori. \\
+ \macro{SEMMSL}& 250 & Numero massimo di semafori per insieme.\\
+ \macro{SEMMNS}&\macro{SEMMNI}*\macro{SEMMSL}& Numero massimo di semafori
+ nel sistema .\\
+ \macro{SEMVMX}& 32767 & Massimo valore per un semaforo.\\
+ \macro{SEMOPM}& 32 & Massimo numero di operazioni per chiamata a
+ \func{semop}. \\
+ \macro{SEMMNU}&\macro{SEMMNS}& Massimo numero di strutture di ripristino.\\
+ \macro{SEMUME}&\macro{SEMOPM}& Massimo numero di voci di ripristino.\\
+ \macro{SEMAEM}&\macro{SEMVMX}& valore massimo per l'aggiustamento
+ all'uscita. \\
\hline
\end{tabular}
\caption{Valori delle costanti associate ai limiti degli insiemi di
- semafori.}
+ semafori, definite in \file{linux/sem.h}.}
\label{tab:ipc_sem_limits}
\end{table}
+La funzione che permette di effettuare le varie operazioni di controllo sui
+semafori (fra le quali, come accennato, è impropriamente compresa anche la
+loro inizializzazione) è \func{semctl}; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/sem.h}
+
+ \funcdecl{int semctl(int semid, int semnum, int cmd)}
+ \funcdecl{int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg)}
+
+ Esegue le operazioni di controllo su un semaforo o un insieme di semafori.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce in caso di successo un valore positivo
+ quanto usata con tre argomenti ed un valore nullo quando usata con
+ quattro. In caso di errore restituisce -1, ed \var{errno} viene settata a:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EACCES}] Il processo non ha i privilegi per eseguire
+ l'operazione richiesta.
+ \item[\macro{EIDRM}] L'insieme di semafori è stato cancellato.
+ \item[\macro{EPERM}] Si è richiesto \macro{IPC\_SET} o \macro{IPC\_RMID} ma
+ il processo non ha privilegi sufficienti ad eseguire l'operazione.
+ \item[\macro{ERANGE}] Si è richiesto \macro{SETALL} \macro{SETVAL} ma il
+ valore a cui si vuole impostare il semaforo è minore di zero o maggiore
+ di \macro{SEMVMX}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EFAULT} ed \macro{EINVAL}.
+}
+\end{functions}
+
+La funzione può avere tre o quattro parametri, a seconda dell'operazione
+specificata con \param{cmd}, ed opera o sull'intero insieme specificato da
+\param{semid} o sul sigolo semaforo di un insieme, specificato da
+\param{semnum}. Qualora la funzione operi con quattro argomenti \param{arg} è
+un argomento generico che deve essere una \var{union semun}, si è riportato la
+relativa definizione in \figref{fig:ipc_semun}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+union semun {
+ int val; /* value for SETVAL */
+ struct semid_ds *buf; /* buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
+ unsigned short *array; /* array for GETALL, SETALL */
+ /* Linux specific part: */
+ struct seminfo *__buf; /* buffer for IPC_INFO */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La definizione dei possibili valori di una \var{union semun}, usata
+ come quarto argomento della funzione \func{semctl}.}
+ \label{fig:ipc_semun}
+\end{figure}
+
+Il comportamento della funzione, come il numero di parametri, dipende dal
+valore dell'argomento \param{cmd}, che specifica l'azione da intraprendere; i
+possibili valori legali per questo argomento sono:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.2cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\macro{IPC\_STAT}] Legge i dati dell'insieme di semafori, copiando il
+ contenuto della relativa struttura \var{semid\_ds} all'indirizzo specificato
+ con \var{arg.buf}. Occorre avere il permesso di lettura. L'argomento
+ \param{semnum} viene ignorato.
+\item[\macro{IPC\_RMID}] Rimuove l'insieme di semafori e le relative strutture
+ dati, con effetto immediato. Tutti i processi che erano stato di
+ \textit{sleep} vengono svegliati, ritornando con un errore di \macro{EIDRM}.
+ L'userid effettivo del processo deve corrispondere o al creatore o al
+ proprietario dell'insieme, o all'amministratore. L'argomento \param{semnum}
+ viene ignorato.
+\item[\macro{IPC\_SET}] Permette di modificare i permessi ed il proprietario
+ dell'insieme. I valori devono essere passati in una struttura
+ \var{semid\_ds} puntata da \param{arg.buf} di cui saranno usati soltanto i
+ campi \var{sem\_perm.uid}, \var{sem\_perm.gid} e i nove bit meno
+ significativi di \var{sem\_perm.mode}. L'userid effettivo del processo deve
+ corrispondere o al creatore o al proprietario dell'insieme, o
+ all'amministratore. L'argomento \param{semnum} viene ignorato.
+\item[\macro{GETALL}] Restituisce il valore corrente di ciascun semaforo
+ dell'insieme (il campo \var{semval} di \var{sem}) nel vettore indicato da
+ \param{arg.array}. Occorre avere il permesso di lettura. L'argomento
+ \param{semnum} viene ignorato.
+\item[\macro{GETNCNT}] Restituisce come valore di ritorno della funzione il
+ numero di processi in attesa che il semaforo \param{semnum} dell'insieme
+ venga incrementato (il campo \var{semncnt} di \var{sem}); va invocata con
+ tre argomenti. Occorre avere il permesso di lettura.
+\item[\macro{GETPID}] Restituisce come valore di ritorno della funzione il
+ \acr{pid} dell'ultimo processo che ha compiuto una operazione sul semaforo
+ \param{semnum} dell'insieme (il campo \var{sempid} di \var{sem}); va
+ invocata con tre argomenti. Occorre avere il permesso di lettura.
+\item[\macro{GETVAL}] Restituisce come valore di ritorno della funzione il il
+ valore corrente del semaforo \param{semnum} dell'insieme (il campo
+ \var{semval} di \var{sem}); va invocata con tre argomenti. Occorre avere il
+ permesso di lettura.
+\item[\macro{GETZCNT}] Restituisce come valore di ritorno della funzione il
+ numero di processi in attesa che il valore del semaforo \param{semnum}
+ dell'insieme diventi nullo (il campo \var{semncnt} di \var{sem}); va
+ invocata con tre argomenti. Occorre avere il permesso di lettura.
+\item[\macro{SETALL}] Inizializza il valore di tutti i semafori dell'insieme,
+ aggiornando il campo \var{sem\_ctime} di \var{semid\_ds}. I valori devono
+ essere passati nel vettore indicato da \param{arg.array}. Si devono avere i
+ privilegi di scrittura sul semaforo. L'argomento \param{semnum} viene
+ ignorato.
+\item[\macro{SETVAL}] Inizializza il semaforo \param{semnum} al valore passato
+ dall'argomento \param{arg.val}, aggiornando il campo \var{sem\_ctime} di
+ \var{semid\_ds}. Si devono avere i privilegi di scrittura sul semaforo.
+\end{basedescript}
+
+Quando si imposta il valore di un semaforo (sia che lo si faccia per tutto
+l'insieme con \macro{SETALL}, che per uno solo con \macro{SETVAL}, i processi
+in attesa su di esso reagiscono di conseguenza al cambiamento di valore.
+Inoltre la coda delle operazioni di ripristino viene cancellata per tutti i
+semafori il cui valore viene modificato.
+
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+struct sembuf
+{
+ unsigned short int sem_num; /* semaphore number */
+ short int sem_op; /* semaphore operation */
+ short int sem_flg; /* operation flag */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \var{sembuf}, usata per le operazioni sui
+ semafori.}
+ \label{fig:ipc_sembuf}
+\end{figure}
+
+
+
\subsection{Memoria condivisa}
\label{sec:ipc_sysv_shm}
projects / gapil.git / blobdiff